Заземление электрооборудования

метки: Заземлять, Заземление, Устройство, Сопротивление, Измерение, Заземлитель, Полоса, Растекание

По своему функциональному назначению заземление делится на три вида — рабочее, защитное, заземление молниезащиты.

К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов и генераторов, глухое или через дугогасящий реактор.

Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности, в первую очередь, людей.

Заземление молниезащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников и молниеотводов (стержневых или тросовых).

Защитное заземление должны выполнять свое назначение в течение всего года, тогда как заземление, молниезащиты — лишь в грозовой период.

Назначение защитного заземления

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током людей при соприкосновении с металлическими частями электрооборудования, оказавшимся под напряжением. Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасного уровня напряжений прикосновения и шага, вызванных замыканием на корпус электрооборудования. Достигается это уменьшением потенциала заземленного оборудования за счет малого сопротивления заземлителя, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором находится человек и заземленного оборудования за счет подъема потенциала основания до уровня потенциала заземленного оборудования.

R _з <<R _r

В сетях с напряжением до 1000В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом, при напряжении выше 1000В — не более-0.5 Ом.

При таком включение в электрическую цепь ток, проходящий через человека, будет равен:

(3.4.21)

R _r

I _общ —

R _общ –

Рис 3.4.6 Защитное заземленне: а – схема заземления корпуса электрооборудования; б-эквивалентная электрическая схема

(3.4.22)

(3.4.23)

R _общ

(3.4.24)

Электросварочное оборудование

... производится резка и наплавка многих металлов на рабочие поверхности деталей. Электросварочное оборудование отличается по типу вырабатываемого тока (постоянный прямой и обратной ... различные фильтры и полупроводниковые схемы. Самым компактным, удобным и современным электросварочным оборудованием считаются инверторные сварочные выпрямители (инверторы), которые обеспечивают высокую стабильность тока, ...

Пример.

Определить величину поражающего тока при однофазном включении человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью.

R _п = R _об = 0 R _u = 3000 Ом

При отсутствии заземления ток поражения:

А

При наличии защитного заземления:

А

Как видим, ток поражения при наличии заземляющего устройства значительно меньше удерживающего.

Защитное заземление применяется в электроустановках напряжением до 1000В переменного тока с изолированной нейтралью или с изолированным выводом источника однофазного тока, а также электроустановках в напряжением до 1000В в сетях постоянного тока с изолированной средней точкой.

Заземление установок заключается в соединении с землей их металлических частей (нормально не находящихся под напряжением) с заземлителем, имеющим малое сопротивление растеканию тока.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей, заземляющих шин и проводов, соединяющих корпуса электроустановок с заземлителями.

Заземлители выносного

Рис 3.4.7 Выносное (а) и контурное (б) заземления:

1-электроды (заземлители); 2-токовды (шины); 3-электроустановки

На практике заземление осуществляется в следующем порядке:

• выбирается заземляющее устройство (искусственное или естественное);
• рассчитывается заземляющее устройство;
• отдельные электроды (заземлители) объединяются в одно общее заземляющее устройство;
• корпуса электроустановок соединяются с заземляющим устройством;
• составляется документация для приемки заземляющего устройства в эксплуатацию .

При выборе заземляющего устройства часто используют, естественные заземлители, которыми служат трубопроводы, проложенные в земле и имеющие хороший контакт с грунтом, стальные трубы электропроводов. При строительстве промышленных зданий в качестве естественных заземлителей могут быть использованы металлические каркасы зданий.

Трубопроводы для горючих жидкостей и взрывоопасных газов использовать в качестве заземлителей запрещается. Металлические и железобетонные конструкции при использовании их в качестве заземляющих устройств должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу (в железобетонных конструкциях должны предусматриваться закладные детали для присоединения электрического и технологического оборудования).

При использовании железобетонных фундаментов в качестве заземлителей сопротивление растеканию тока заземляющего устройства определяется по формуле

где Qэ — удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом

Измерение сопротивлений изоляции и заземления

... измерения не следует прикасаться к соединительным проводам, клеммам и элементам испытуемой цепи для исключения протекания тока через тело работающего с прибором. При контроле сетевых электропроводок измеряют сопротивления изоляции ...

• м;

s — площадь, ограниченная периметром зда­ния, м ² .

Удельное эквивалентное электрическое сопротивление

,

где Q1; Q2 —удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоя земли, Ом-м; h1—толщина верхнего слоя земли, м; a , b —безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли. Если Qi>Q2, то a =3,6, b =0,1; если Q1<Q2, то a =1,1 × 10 ² , b =0,3 × 10 ^-2 .

Под верхним слоем следует понимать слой земли, удельное сопротивление которого Q1 более, чем в два раза, отличается от удельного электрического сопротивления нижнего слоя Q2 . Расчет заземляющего устройства начинается с определения сопротивления грунта (сопротивление 1 см ³ грунта).

Значения удельных сопротивлений различных грунтов могут быть названы лишь приблизительно, так как зависят не только от вида грунта, но и от его влажности и атмосферных условий. Примерные значения удельного сопротивления некоторых грунтов в естественных условиях приведены ниже:

Вид грунта Удельное сопротивление

p, Ом

• м

Песок 400 и более

Супесок 300

Суглинок , 100

Глина 60.

Чернозем 50

Торф 20

Удельное сопротивление земли на глубине нескольких метров от поверхности сильно колеблется, увеличиваясь из-за высыхания к концу сухого лета и промерзания зимой.

Измеренное (табличное) удельное сопротивление грунта следует привести к расчетному значению

где Q — измеренное (табличное) значение сопротивления грун­та, Ом-м;. k — сезонный коэффициент земли, учитывающий возможное увеличение удельного сопротивления слоя.

Значение k зависит от климатической зоны и равно от 1,5 до 7. Различают три климатические зоны, соответствующие северной, средней и южной полосе европейской части СНГ.

Исходя из условий работы, выбирается конструкция заземлителя (электрода) и определяется сопротивление заземлителя растеканию тока в грунт. Формулы для определения сопротивления заземлителя приведены в табл. 3.4.2.

Если в качестве заземлителя применяется угловая сталь, то в формулу для определения ее сопротивления подставляется приведенный диаметр d==0,95 b, где b— ширина полосы или полки угловой стали.

Количество стержней п заземляющего устройства находим по формуле

r _о —

n ₁

Сопротивление вертикальных заземлителей:

где η — коэффициент использования (экранизации) вертикаль­ных электродов.

Коэффициент η определяют по табл. 3.4.3. с учётом отношения а/1, количества электродов п и условий их размещения.

Стержни объединяются в очаг заземления соединительной полосой (шиной) и располагаются по замкнутому контуру длиной

При расположении стержней в ряд, длина полосы

Таблица 3. 4.2

Схема	Тип заземлителя	Формулы
	Труба, стержень у поверхности земли Труба, стержень на глубине h’; h= h’+1/2 Протяженный за-землитель (полоса, труба) на глубине А, ширина b Кольцевой зазем-литель (полоса, труба) на глубине h Круглая пластина на поверхности зем­ли (диаметр d)

Сопротивление полосы связи

где h — глубина заложения полосы, м.

В заключение определяется сопротивление растеканию тока заземляющего устройства при данном количестве стержней с учетом полосы связи:

(3.4.33)

где η1- коэффициент экранирования (использования) между полосой связи и вертикальными электродами. В табл. 3.4.4. приводятся значения коэффициента η1 с учетом отношения а/1, расположения электродов и их количества.

Таблица 3.4.3.

Количество электродов п	Коэффициент использования η при отношении расстояния между электродами к их длине
	a/1=1	a/1=2	a/1=3
При размещении электродов в ряд
2	0,84—0,87	0,90—0,92	0,93—0,95
3	0,76—0,80	0,85—0,88	0,90—0,92
5	0,67—0,72	0,79—0,83	0,85—0,88
10	0,56—0,62	0,72—0,77	0,79—0,83
15	0,51—0,56	0,66—0,73	0,75—0,80
20	0,47—0,50	0,65—0,70	0,74—0,79
При размещении электродов по контуру
4	0,66—0,72	0,76—0,80	0,84—0,86
6	0,58—0,65	0,71—0,75	0,78—0,82
10	0,52—0,58	0,66—0,71	0,74—0,78
20	0,44—0,50	0,61—0,66	0,68—0.73
40	0,38—0,44	0,55—0,61	0,64—0,69
60	0,36—0,42	0,52—0,58	0,62—0,67
100	0,33—0,39	0,49—0,55	0,59—0,65

Таблица 3. 4.4.

Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине	Коэффициент использования η1 при числе труб (уголков)
	4	6	8	10	20	30	50	70
При размещении электродов в ряд,
1 2 3	0,77 0,89 0,92	0,72 0,84 0,88	0,67 0,79 0,85	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	0,31 0,46 0,58	0,21 0,36 0,49	0,19 0,32 0,42
При размещении электродов по контуру
1 2 3	0,45 0,55 0,70	0,40 0,48 0,64	0,36 0,43 0,60	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,24 0,30 0,41	0,21 0,28 0,37	0,20 0,26 0,35

При отсутствии естественных заземлителей устраивают искусственные, в качестве которых применяют металлические трубы, стержни или угловую сталь, забитые в землю на 0,5—0,8 м ниже уровня земли и приваренные к шине, уложенной на глубине 0,5—0,8 м. Расстояние между вертикально забитыми заземлителями должно быть не менее их длины.

В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы, угловую и круглую (прутковую) сталь длиной l=2…10 м. Наименьшие поперечные размеры допускаются у круглых электродов — d=6 мм, толщина полок угловой стали — 4 мм и толщина стенок стальных труб — b=3,5 мм. Такие размеры электродов обусловлены необходимостью надежной работы заземлителя при коррозии и могут быть увеличены из условий доста­точной механической, прочности при погружении их в грунт.

Горизонтальные полосовые заземлители в виде лучей, колец или контуров используются как самостоятельные заземлители или как элементы сложного заземлителя из горизонтальных и вертикальных электродов. Для горизонтальных заземлителей применяется полосовая сталь сечением не менее 48 мм ² и толщиной 4 мм и круглая сталь диаметром не менее 10 мм.

В однородном грунте глубина заложения вертикальных электродов h=0,5…1 м мало влияет на снижение их сопротивления.

Соединение элементов заземляющих устройств осуществляется с помощью сварки, а корпуса машин и аппаратов соединяются с проводниками заземляющих устройств сваркой, надежными болтовыми соединениями. Минимальное поперечное сечение заземляющих голых медных проводов должно быть 4 мм ² , алюминиевых — 6 мм ² , стальных — 24 мм ² . Сечение изолированных медных проводов должно быть не менее 1,5 мм ² , алюминиевых — 2,5 мм ² .

Заземляющие проводники, расположенные в помещениях, должны быть доступны для осмотра, защищены от коррозии. Каждый заземляемый элемент установки должен быть присое­динен к заземлителю или заземляющей магистрали посредством отдельного ответвления (параллельное заземление).

Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых частей установки запрещается. При приемке в эксплуатацию каждого заземляющего устройства необходимо иметь: паспорт, включающий исполнительные чертежи и схемы заземляющего устройства с указанием расположения подземных коммуникаций; акты на подземные работы по укладке элементов заземляющего устройства; протоколы приемо-сдаточных испытаний заземляющего устройства.

Измерение сопротивления заземляющих устройств производится в первый год эксплуатации, а в дальнейшем — не реже одного раза в три года, для цеховых электроустановок — не реже одного раза в год. Измерение сопротивления заземлителей, удельного сопротивления грунта проводится в периоды наименьшей проводимости (летом, зимой).

Срок службы заземлителей — 25-30 лет.