Защитное заземление

Лекция N 13

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип действия защитного заземления, его назначение и конструктивное исполнение. Нормирование защитного заземления и его расчет.
2. Объясните принцип действия зануления, его назначение и применение. Порядок расчета зануления.
3. Объясните роль повторных заземлений нулевого защитного проводника.
4. Назначение устройств защитного отключения.
5. Приведите схемы защитного отключения и объясните принцип их работы.
6. В чем заключается организация безопасной эксплуатации электрооборудования?
7. В чем заключается организационные и технические мероприятия при работе в электроустановках?

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Цель защитного заземления - снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, нормально не находящихся под напряжением. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие, ток проходящий через человека, при прикосновении к корпусам.

U_ПР = * U_З; I_Ч = U_ПР/R_Ч.

Защитное заземление может быть эффективным только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления растеканию тока в земле. Это возможно только в сетях с изолированной нейтралью, где при коротком замыкании ток I_з почти не зависит от сопротивления R_з, а определяется в основном сопротивлением изоляции проводов.

Заземляющее устройство бывает выносным и контурным. Выносное заземляющее устройство применяют при малых токах замыкания на землю, а контурное - при больших.

Согласно ПУЭ заземление установок необходимо выполнять:

• при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока - во всех электроустановках;
• при напряжении выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках;
• во взрывоопасных помещениях при всех напряжениях.

Для заземляющих устройств в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители:

• водопроводные трубы, проложенные в земле;
• металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей;
• металлические оболочки кабелей (кроме алюминиевых);
• обсадные трубы артезианских скважин.

Запрещается в качестве заземлителей использовать трубопроводы с горючими жидкостями и газами, трубы теплотрасс.

Естественные заземлители должны иметь присоединение к заземляющей сети не менее чем в двух разных местах.

В качестве искусственных заземлителей применяют:

• стальные трубы с толщиной стенок 3.5 мм, длиной 2 - 3 м;
• полосовую сталь толщиной не менее 4 мм;
• угловую сталь толщиной не менее 4 мм;
• прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

Все элементы заземляющего устройства соединяются между собой при помощи сварки, места сварки покрываются битумным лаком. Допускается присоединение заземляющих проводников к корпусам электрооборудования с помощью болтов.

Расчет защитного заземления. Расчет защитного заземления имеет целью определить число вертикальных заземлителей и их размеры; размещение заземлителей; длины соединительных горизонтальных проводников и их сечения. Расчет заземления может производиться как по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя, так и по допустимым напряжениям прикосновения и шага.

В настоящее время расчет заземлителей производится в большинстве случаев по допустимому сопротивлению заземлителя. При этом, в основном применяется способ коэффициента использования (когда земля считается однородной) и реже - способ наведенных потенциалов (когда земля принимается двухслойной).

Порядок расчета.

1. Уточняют исходные данные: тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, план электроустановки с указанием всех основных размеров оборудования, формы и размеры электродов заземляющего устройства, удельное сопротивление грунта, характеристика климатической зоны, данные об естественных заземлителях, расчетный ток замыкания на землю, расчетные значения допустимых напряжений прикосновения и шага, и время действия защиты, если расчет производится по напряжениям прикосновения и шага.
2. Определяют требуемое сопротивление растеканию заземляющего устройства R_з по таблице 13.1.

Таблица 13.1.

Сопротивления защитных заземлителей
в электрических установках

Характеристика установок	Допустимое сопротивление заземлителей RЗ, Ом
Установки напряжением выше 1000 В. Защитное заземление в установках с большими токами замыкания на землю (IЗ > 500 А)	RЗ 0,5
Заземляющее устройство одновременно используется для установок напряжением до и выше 1000 В (Iз < 500 А)	RЗ = 125 / IЗ 4
Заземляющее устройство используется только для установок выше 1000 В и током замыкания на землю IЗ < 500 A	RЗ = 250 / IЗ 10
Электроустановки напряжением 380 / 220 В	RЗ 4

1. Определяют путем замера или расчетом возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей R_Е.

Если R_Е < R_Е, то устройство искусственного заземления не требуется. Если RЕ > RЗ, то необходимо устройство искусственного заземления. Сопротивление, Ом, растекания искусственного заземления R_И = R_З R_Е / (R_Е – R_З). Далее расчет ведется по R_И.

1. Определяют удельное сопротивление грунта из справочников. При производстве расчетов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности К_С, зависящий от климатических зон и вида заземлителей. Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей (вертикальных заземлителей _РАСЧ. В = К_С; для протяженного заземлителя _РАСЧ. П = К’_С).
2. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя – стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле (рис. 13.1.)

Рис. 13.1. Расположение вертикального заземлителя в земле

.

При этом l >> d; to >> 0,5 м; для уголка с шириной полки b получают d = 0,95b. Все размеры даны в метрах, а удельное сопротивление грунта в Ом x м.

1. Установив характер расположения заземлителей в ряд или контуром, определяют число вертикальных заземлителей n_в = R_Е/(_ЕR_И), где _Е - коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними.
2. На площади установки заземлителей размещают вертикальные заземлители nв и определяют длину соединительной полосы lп = 1,1 n_в * а, где а - расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а / l = 1; 2; 3).

Расчет на этом можно закончить и не определять сопротивление соединительной полосы, поскольку длина ее относительно невелика (в этом случае фактическая величина сопротивления заземляющего устройства будет несколько завышена).