2017-10-25
728
Корпуса технологического оборудования с встроенным электроприводом также как и трубы электропроводки, арматура светильников в нормальном режиме работы не находятся под напряжением относительно земли благодаря изоляции токоведущих частей. Однако при повреждении изоляции любая из частей оборудования (в том числе и корпус его) может оказаться под напряжением близким к фазному. При этом любой рабочий, взявшись за рукоятки управления оборудованием, может попасть под действие весьма опасного напряжения. Для уменьшения опасности поражения людей и животных применяют ряд технических способов обеспечения безопасности, среди которых наиболее эффективными являются защитное заземление металлических частей электрических установок, нормально не находящихся под напряжением, и их зануление.
Заземление – это преднамеренное соединение с землей (или с её эквивалентом) металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением (при нарушении изоляции, или случайном их соединении с токоведущими частями). Заземляемые металлические части оборудования гальванически соединяют с заземлителем (металлической конструкцией или с металлическим предметом), находящимся в непосредственном соприкосновении с землей (или в земле). В качестве элементов конструкции заземления могут быть использованы металлические стержни из уголковой стали, забитые вертикально в землю и соединенные между собой металлической полосой. Часто вместо стержней применяют металлические трубы диаметром 50 – 80 мм длиной от 2 до 3 м.
Заземлители бывают естественные (находящиеся в земле трубопроводы, кроме трубопроводов с горючими жидкостями и газами, размещенные в земле металлические конструкции, арматура ЖБИ, свинцовые оболочки кабелей) и искусственные, изготавливаемые из стальных труб, уголкового железа, металлических прутков или полосовой стали.
Принцип защитного действия заземления рассмотрим на примере схемы
(рис. 13).
Рис.13. Схема, поясняющая действие защитного заземления.
При случайном замыкании любой из фаз, допустим фазы В на корпус заземленного оборудования, ток в точке прикосновения человека к корпусу будет разветвлен на два направления – большая часть тока пойдет по пути наименьшего сопротивления (через защитное заземление с максимально допустимым сопротивлением 10 Ом) и меньшая часть его – через тело человека, у которого минимальное сопротивление 1000 ОМ. Именно такой, искусственно
созданный, путь протекания основного тока через заземляющее устройство позволяет существенно снизить опасность поражения человека при контакте с оборудованием, случайно оказавшимся под напряжением.
Защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и с любым режимом нейтрали в сетях переменного тока напряжением свыше 1000 В.
Согласно ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:
4 Ом - в установках работающих под напряжением до 1000 В, в сетях
с изолированной нейтралью.
0,5 Ом – в установках работающих под напряжением более 1000 В с заземленной нейтралью.
Наибольшее допустимое значение сопротивления защитного заземления не должно превышать 10 Ом в установках, работающих под напряжением свыше 1000 В.
Фактическое значение величины сопротивления защитного заземления может быть определено расчетным путем (см. Л.18), при помощи специальных измерительных приборов (М-416, М- 1103 и др.) или методом «амперметра - вольтметра».
В зависимости от взаимного расположения заземляемого оборудования и заземлителей различают выносные и контурные защитные заземления. Выносные защитные заземления отличаются от контурных тем, что у них заземлители вынесены за пределы площадки, на которой расположено заземляемое оборудование. Контурные защитные заземления характерны тем, что
его заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования. В мобильных электроустановках применяют переносные заземлители.
Методика расчета заземления в однородном грунте сводится:
а) к определению величины сопротивления растеканию тока одиночного заземлителя в виде круглого стержня или трубы, заглубленного вертикально в землю (так,чтобы верхний конец заземлителя был слегка заглублен относительно поверхности земли на 5 – 10 см) по формуле
R тр =0,366 
lg 
где r - удельное сопротивление грунта (которое выбирают в зависимости вида грунта, так для глины оно лежит в пределах 800 – 7000 ом см, для чернозема – 900 - 5300 ом см, для песка оно равно 40 000 – 70 000 ом см);
l и d – длина и диаметр вертикального стержня (или трубы),м;
б) вычислению ориентировочного количества таких стержней (труб) без учета коэффициента экранирования
N = Rтр / Rпд,
где Rпд – предельно допустимое значение сопротивления заземления, Ом;
Разместив вертикальные заземлители на плане и определив расстояние между ними, можно найти их коэффициент экранирования по табл.
Коэффициенты экранирования вертикальных заземлителей Табл.5
___________________________________________________________________
Число Отношение Отношение Отношение
заземли- расстояния расстояния расстояния
телей между тру- ήтр между тру- ήтр между тру- ήтр
(труб) бами к их бами к их бами к их
длине длине длине
___________________________________________________________________
4 1 0,66 - 0,72 2 0,76 – 0,80 3 0,84 – 0,86
6 1 0,58 –0,65 2 0,71 – 0,75 3 0,78 – 0,82
10 1 0,52 – 0,58 2 0,66 – 0,71 3 0,74 – 0,78
20 1 0,44 – 0,50 2 0,61 – 0,66 3 0,68 – 0,73
40 1 0,38 – 0,44 2 0,55 – 0,61 3 0,64 – 0,69
в) с учетом коэффициентов экранирования число вертикальныз заземлителей находят по выражению N1= N / ήтр.
При этом длина соединительной полосы Lп вычисляется по выражению
Lп = N1 a, где а – расстояние между заземлителями,м;
г) к вычислению сопротивления растеканию тока соединительной полосы Rп
2
Rп = 0,366 
lg 
п, где b,t - параметры сечения соединительной полосы, м;
д) к определению коэффициента экранирования соединительной полосы по табл.
Коэффициенты экранирования соединительных полос, ήп Табл. 6.
___________________________________________________________________
Отношение число заземлителей (труб)
расстояния
между __________________________________________________________________
заземлителями 4 8 10 20 30 40
к их длине
______________________________________________________________________________
1 0,45 0,36 0,34 0,27 0,24 0,21
2 0,55 0,43 0,40 0,32 0,30 0,28
3 0,70 0,60 0,56 0,45 0,41 0,37
______________________________________________________________________________
е) к определению результирующего сопротивления всего заземляющего устройства по формуле 
Rз = 
, Ом.
Полученное значение сравнивают с допустимым по ПУЭ.
Занулением называют преднамеренное гальваническое соединение нетоковедущих металлических частей оборудования (которые могут случайно оказаться под напряжением), с нулевым проводом трехфазной четырехпроводной сети с глухо заземленной нейтралью (рис.14).
Рис.14. Схема защитного зануления в сети с глухозаземленной нейтралью.
Если в такой схеме одна из фаз случайно будет замкнута на корпус оборудования (произойдет короткое замыкание, например, при повреждении изоляции), то и в этом случае путь протекания тока от корпуса оборудования, с которым контактирует человек, к земле будет разветвлен на два направления. Большая часть тока пройдет по искусственно созданному пути «фаза - нулевой провод» с заведомо малым, регламентированным ПУЭ, сопротивлением, и меньшая часть тока (примерно на два порядка) пройдет через тело человека. Одновременно система защиты сети от коротких замыканий должна произвести автоматическое отключение поврежденного агрегата.
Поскольку при использовании защитного зануления существует опасность обрыва нулевого провода, в условиях производства используют его многократное повторное заземление через каждые 250 м.
Защитное отключение – автоматическое отключение опасного участка или электрической установки при возникновении аварийной ситуации, опасной для обслуживающего персонала. Принцип защиты основан на практически мгновенном (не более 0,2 с) отключении опасного участка, т.е. на ограничении продолжительности протекания тока через тело человека.
Известны следующие разновидности таких устройств:
- защитные отключающие устройства, реагирующие на потенциал корпуса;
- защитные отключающие устройства, реагирующие на ток замыкания на
землю;
- защитные отключающие устройства, реагирующие на ток оперативный;
- защитные отключающие устройства, реагирующие на напряжение и токи
нулевой последовательности.
Все указанные разновидности защитных отключающих устройств состоят из следующих двух основных частей – датчик аварийной ситуации (реле тока, напряжения) и исполнительное устройство (автоматический выключатель, контактор, магнитный пускатель), осуществляющее практически мгновенное отключение опасного оборудования от трехфазной сети.
В качестве примера на рис.15 приведена электрическая схема защитного отключения, реагирующего на потенциал корпуса электрической установки (Л.13).
380/220 В
Рис. 15. Схема защитно-отключающего устройства, реагирующего
на потенциал корпуса.
1- электроустановка; 2 – магнитный пускатель; Н – датчик аварийной ситуа-
ции (реле напряжения).
В схеме, представленной на рис. 13, датчиком аварийной ситуации является реле напряжения, включенное между корпусом оборудования и вспомогательным заземлением. Реле подбирают таким образом, чтобы оно срабатывало при малом напряжении на корпусе оборудования относительно земли (45 – 70 В). В качестве исполнительного устройства применяют магнитный пускатель, катушка контактора которого может быть обесточена разомкнувшимися контактами реле при его срабатывании. В результате этого рабочие контакты магнитного пускателя разомнутся, и электродвигатель с испорченной изоляцией будет автоматически отключен от трехфазной сети.
Защитное отключение рекомендуется к использованию на передвижных установках напряжением до 1000 В, в электрифицированном инструменте (как дополнение к заземлению или к занулению), для отключения электрооборудования, удаленного от источника питания (как дополнение к занулению).
