Электроустановки, подлежащие обязательному заземлению — Студопедия
Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных. Согласно Правилам устройства и эксплуатации электроустановок (ПУЭ) подлежат обязательному заземлению :
1 – корпуса электроустановок в сетях переменного тока при напряжении 380 В и выше, постоянного −чаще 440 В в помещениях без повышенной опасности
2 – корпуса электроустановок в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения электрическим током, а также в наружных установках в электросетях напряжением выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока;
3 – корпуса электроустановок, установленных во взрывоопасных помещениях при всех напряжениях независимо от рода тока.
Нормы сопротивления защитного заземляющего устройства
Согласно ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать:
4 Ом − в установках напряжением до 1000 В;
10 Ом − в установках напряжением до 1000 В, если мощность источника тока (генератора или трансформатора) 100 кВ А и менее;
0.5 Ом − в установках напряжением выше 1000 В с токами замыкания
на землю больше 500 А;
10 Ом − в установках напряжением выше 1000 В с, токами замыкания на
землю меньше 500 А.
Результаты измерений и расчета сопротивления защитного заземляющего устройства
Характеристика | Обозначение | Единица измерения | Полученная величина |
Климатическая зона | I…IV | − | |
Коэффициент сезонности стержневого заземлителя | доли ед. | ||
Коэффициент сезонности полосового заземлителя | доли ед. | ||
Расположение заземлителей | − | ||
Отношение расстояний между стержневыми заземлителями к их длине | − | ||
Сопротивление стержневого заземлителя | Ом | ||
Сопротивление полосового заземлителя | Ом | ||
Число стержневых заземлителей | шт. | ||
Коэффициент использования стержневого заземлителя | доли ед. | ||
Коэффициент использования полосового заземлителя | доли ед. | ||
Сопротивление защитного зазаемляющего устройства | Ом |
Список источников
1. Дежемесов А.А. Методические указания к лабораторной работе «Определение сопротивления защитного заземляющего устройства», Липецк, 1999.
2. Правила устройства электроустановок. ПУЭ-85. Раздел 1. Общие
правила, М.: Энергоиздат, 1986. С.98.
3. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/С.В.Белов, Д.В,
Ильницкая, А.Ф.Козьяков, Л.В.Морозова, Г.ГШавлинихин, И.Е. Пере
ездчиков, В.П.Сивков, Д.М.Якубович, Под ред. С.В.Белова. -М.: Выс
шая школа, 1999. С. 90-101.
Оборудование, подлежащее заземлению — Студопедия
Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных. При этом в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 36в переменного и 110в постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности — при напряжении 500в и выше. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от величины напряжения.
В частности, заземлению подлежат: металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, электрических аппаратов, светильников, ручных инструментов и т. п.; приводы электрических аппаратов — разъединителей, выключателей и т. п.; каркасы щитов, пультов и шкафов; металлические конструкции электроустановок, в том числе каркасы, стойки, балки, ограждения камер и щитков, металлические двери и ворота, конструкции, связанные с установкой электрооборудования, и т. п.; металлические кабельные конструкции, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и брони силовых и контрольных кабелей, металлические оболочки проводов, стальные трубы электропроводок и т. п.; железобетонные и металлические опоры воздушных линий электропередачи до 1кв, а также 35кв с малыми токами замыкания на землю во всех случаях, а при напряжении 3—20кв — только в населенных пунктах.
Заземлению не подлежат следующие оборудование и части:
1. Арматура подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных опорах линий электропередачи и деревянных конструкциях открытых подстанций, если заземление не требуется по условиям зашиты от атмосферных перенапряжений.
Это положение обусловлено тем, что перечисленные части недоступны для прикосновения и появление напряжения на них не ухудшает условий безопасности персонала, работающего с деревянных опор и конструкций или находящегося вблизи них.
2. Оборудование, установленное на заземленных конструкциях, поскольку оно этим оказывается заземленным; при этом на опорных поверхностях должны быть предусмотрены зачищенные и незакрашенные места для обеспечения электрического контакта.
3. Корпуса электроизмерительных приборов, реле и т. п., установленных на щитах, шкафах, а также на стенах камер распределительных устройств. Объясняется это тем, что повреждения приборов, сопровождающиеся появлением на их корпусах напряжения, происходят весьма редко и, кроме того, у персонала нет необходимости касаться этих приборов.
4. Электроприемники напряжением до 1000кв двойной изоляцией, поскольку повреждение такой изоляции мало вероятно.
5. Рельсовые пути, выходящие за территорию электростанций, подстанций, распределительных устройств и промышленных предприятий. Это положение продиктовано опасностью выноса потенциала за пределы электрической установки.
6. Съемные и открывающиеся части на металлических заземленных каркасах и камерах распределительных устройств, ограждений шкафов, дверей и т. п., поскольку эти части в силу их контакта с основной конструкцией оказываются заземленными.
ЧАСТИ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ЗАНУЛЕНИЮ ИЛИ ЗАЗЕМЛЕНИЮ. Статьи компании «ООО «Этлсервис»»
К частям, подлежащим занулению или заземлению относятся:
1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.
2) приводы электрических аппаратов;
3) вторичные обмотки измерительных трансформаторов
4) каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемные или открывающиеся части, если на последних установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного тока или более 110 В постоянного тока;
5) металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;
6) металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока, проложенных на общих металлических конструкциях, в том числе в общих трубах, коробах, лотках и т. п. Вместе с кабелями и проводами, металлические оболочки и броня которых подлежат заземлению или занулению;
7) металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников;
8) электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.
С целью уравнивания потенциалов в тех помещениях и наружных установках, в которых применяются заземление или зануление, строительные и производственные конструкции, стационарно проложенные трубопроводы всех назначений, металлические корпуса технологического оборудования, подкрановые и железнодорожные рельсовые пути и т. п. должны быть присоединены к сети заземления или зануления. При этом естественные контакты в сочленениях являются достаточными.
Части, не требующие преднамеренного заземления или зануления | Безопасность
- Подробности
- Категория: Безопасность
Условия отказа от преднамеренного заземления или зануления частей электроустановок, технологических агрегатов и конструкций строительного и производственного назначения даны далее.
Части, не требующие преднамеренного заземления или зануления
Части, не требующие преднамеренного заземления или зануления | Условия отказа от преднамеренного заземления или зануления |
| При условии обеспечения надежного электрического контакта с заземленными или зануленными основаниями (исключение п. 7.3.134 ПУЭ) |
Части, не требующие преднамеренного заземления или зануления | Условия отказа от преднамеренного заземления или зануления |
| перечисленные части, расположенные на этой опоре, должны быть заземлены или занулены |
Какие части электроустановок и электрооборудования подлежат заземлению или занулению
- Чем опасно неправильное заземление или его отсутствие?
- Как организуется заземление
- Системы зануления и заземления
Чем опасно отсутствие заземления мы рассказали в статье о схемах заземления. Но не каждый предмет в доме может ударить током. Скажем, чайник с пластиковой ручкой скорее безопасен, если его использовать по назначению. А что насчет сварочного аппарата? Потому важно определить, какие части электрооборудования подлежат заземлению или занулению.
Что необходимо заземлять в частном доме?
Короткий ответ: практически все.
Для подробностей придется разделить заземление на защитное и рабочее.
Рабочее заземление необходимо для обеспечения работы электросети и оборудования. Планируется непосредственно на этапе организации электропроводки в доме. Подразумевает заземление генераторов, трансформаторов, других элементов цепи. Если вы обратились в специализированную компанию, что мы искренне рекомендуем сделать, к примеру, в «Алеф Эм», то вопрос рабочего заземления для вас решен.
Защитное заземление делает безопасным контакт с нетоковедущими элементами. Корпус плиты, микроволновки, холодильника — все это требует обязательного заземления. Механизмы и приборы имеют металлический корпус, который проводит электрический ток. При повреждении изоляции такой корпус станет опасным для человека. Поражение током возможно и при контакте с оборудованием в мастерской. Сварочный аппарат, токарный станок и другое подобное оборудование также стоит связывать с землей. Помните, получить удар током можно и от ванны, раковины или водопроводных труб, если они сделаны из токопроводящих материалов (сталь, медь и прочие).
Исключения — потребители электроэнергии с двойной изоляцией. Двойная изоляция подразумевает, что при повреждении проводки корпус и элементы, с которыми вы контактируете, останутся изолированными.
Какие электроустановки подлежат заземлению?
Чаще понятие электроустановки применимо к промышленным объектам. Но в частном доме тоже найдется то, что попадает под определение электроустановки. Потому стоит ответить на этот вопрос.
В условиях повышенной опасности необходимо заземление при номинальном напряжении 42В переменного тока или 110 постоянного. В большинстве же случаев — при 380В переменного тока. И здесь важно уточнить, что это справедливо, если помещение не взрывоопасно.
Но ведь нет необходимости занулять или заземлять каждую деталь. А какие части электроустановок подлежат заземлению?
В предыдущей части мы уже частично ответили на этот вопрос: корпуса, трубы. В список обязательных к заземлению элементов следует добавить каркасы распред.щитов и металлические конструкции кабельных линий.
Системы зануления и заземления
В частном доме для обеспечения вашей безопасности следует заземлять все токопроводящие конструкции, которые так или иначе могут привести к поражению током. И это не всегда потребители электричества.
Если Вам требуется консультация нашего инженера, заполните форму ниже или позвоните по телефону, указанному на сайте.
Форма заказа консультации по заземлению
7.2. Заземление и зануление электроустановок как устройств электро- и пожарной безопасности
Для защиты людей от поражения электрическим
током при повреждении изоляции должна
быть применена, по крайней мере, одна
из следующих защитных мер: заземление,
зануление, защитное отключение,
разделяющий трансформатор, малое
напряжение, двойная изоляция, выравнивание
потенциалов. Основными из них являются
заземление,занулениеивыравнивание потенциалов.
Заземлением
всей установки
или ее части называется преднамеренное
гальваническое соединение с заземляющим
устройством. Совокупность заземлителя
и заземляющих проводников называется
заземляющим
устройством.
Занулением
в
электроустановках напряжением до 1000 В
называется преднамеренное соединение
частей электроустановки, нормально не
находящихся под напряжением, с
глухозаземленной нейтралью генератора
или трансформатора в сетях трехфазного
тока, с глухозаземленной средней точкой
источника в сетях постоянного тока.
Выравнивание
потенциала
– метод
снижения напряжения прикосновения и
шага между точками электрической цепи,
к которым возможно одновременное
прикосновение или на которых может
одновременно стоять человек. Выравнивание
потенциала осуществляется электрическим
соединением металлических конструкций,
находящихся вблизи электроустановки
с ее корпусом, а также формированием
зоны растекания путем использования
специальных заземляющих устройств.
Все
случаи поражения током являются
результатом замыкания электрической
цепи через тело, т.е. результатом
прикосновения человека к точкам цепи,
имеющим разные потенциалы. Опасность
этого зависит от напряжения сети, схемы
самой сети, режима ее нейтрали, состояния
изоляции токоведущих частей от земли
и т.п.
Различают
сети с
изолированной нейтралью,
когда нейтраль трансформатора к
заземляющему устройству непосредственно
не присоединена или присоединена через
аппараты с большим сопротивлением
(например, через трансформаторы
напряжения), и
сети с глухим заземлением нейтрали,
когда нейтраль трансформатора или
генератора присоединена к заземляющему
устройству непосредственно или через
малое сопротивление (например, через
трансформатор тока). Повреждение изоляции
токоведущих частей и соединение их с
заземленными конструктивными частями
или непосредственно с землей связано
чаще всего либо с токами
однофазного замыкания на землю
(в системе
с изолированной нейтралью), либо
с
токами однофазного КЗ
(в системе с глухозаземленной нейтралью).
Токи
замыканий на землю при неблагоприятных
условиях (горючая среда, обрыв заземляющих
проводников или их отсутствие, плохие
контакты, искровые промежутки и т.п.)
могут вызвать пожар или взрыв. Поэтому
заземление и зануление следует
рассматривать как средство
электробезопасности и пожарной
безопасности.
Заземление
в сетях с изолированной нейтралью.
Опасность
прикосновения принято оценивать по
двум крайним случаям: прикосновение к
двум фазам и между фазой и землей.
Двухфазное
прикосновение является предельно
неблагоприятным и может возникать при
rВ
= 0 или rC= 0 (рис.
7.1), что соответствует предварительному
глухому замыканию одной из фаз на землю.
Человек оказывается под линейным
напряжением. Ток, проходя через тело
человека, может стать опасным. Его
величина определяется выражением
Iчел
= Uф/rчел
= 380/1000 = 380
мА,
(7.1)
где
rчел
– активное
сопротивление тела человека, Ом. В
задачах по электробезопасности
принимается равным 1000 Ом.
Рис.
7.1. Замыкание на корпус электроприемника
в сети
с изолированной нейтралью при
отсутствии заземления
Такое
значение Iчел
значительно больше допустимых 40-100 мА
(см. табл. 7.1), при которых возможна
гибель пораженного человека. Однако
случаи двухфазного прикосновения очень
редки и не могут служить основанием для
оценки опасности сети. Они обычно бывают
при использовании неисправных защитных
средств, эксплуатации оборудования с
неогражденными голыми токоведущими
частями (открытые рубильники, незащищенные
зажимы сварочных трансформаторов и
т.п.).
Однофазное
прикосновение в большинстве случаев
также опасно, оно возникает значительно
чаще и является основным видом для
анализа поражения людей током. Человек,
прикасающийся к корпусу электроприемника
при замыкании фазы А (см. рис. 7.1), если
корпус не соединен надежно с заземлением,
приобретает потенциал фазы сети или
близкий к нему. Прикосновение к корпусу
равносильно прикосновению к фазе. Тело
человека, его обувь, пол, земля, активные
rВ,
rC
и емкостные xВ
и xС
сопротивления других фаз, провода и
обмотки составляют замкнутую цепь. Ток
в этой цепи зависит от ее сопротивления
и напряжения и может нанести человеку
тяжелое поражение. В целях упрощения
считают, что тело человека обладает
лишь активным сопротивлением rчел,
сопротивление растеканию его ног равно
нулю. Фазные напряжения равны и
симметричны, а сопротивления изоляции
фаз одинаковы, т.е. rА
=
rВ
=
rС
=
r.
Емкостью воздушных проводов при
промышленной частоте относительно
земли пренебрегают.
Рассматривая
rА,
rВ,
rС
как нагрузку, включенную звездой, у
которой нулевая точка – земля, строим
векторную диаграмму фазных напряжений
до момента прикосновения (рис. 7.2, а).
Этому случаю соответствуют уравнения:
a
=
a
ra;
Ua
=
Uв=
UC;
в
=
в
rв;
0
= 0;
C
=
C
rC;
Ia
=
Iв=
Ic,
где
a,
в,
c
— напряжения фазных проводов относительно
земли;
0
— напряжение нейтрали источника тока;
a
,
в
,
с
— токи утечки через изоляцию фазных
проводов.
Рис. 7.2. Изменение
напряжения относительно земли
при
прикосновении проводов к одной из фаз
(r1
= r2
= r3;
С1
= С2
= С3
= С):
а– до
прикосновения;б– после прикосновения
При прикосновении человека к фазе А
сопротивление изоляции этой фазы
относительно земли станет равным
rА=
rчелrА/(rчел+rА)
и
симметрия фазных напряжений нарушится.
Нулевая точка сместится в точку 0.
Между 0
и нулевой точкой источника тока возникает
некоторое напряжение U0,
представленное на рис. 7.2, б
вектором 00.
Напряжения двух других фаз повысятся
до одинаковых значений UВ
и UC
(соответственно векторы 0В
и 0С),
а напряжение первой фазы понизится до
UА
(вектор А0). Для нового состояния сети
можно написать
a=a—0;
В=В—0;
C=C—0.
На основании первого
закона Кирхгофа
a+в+c+чел
= 0 и,
следовательно,
(a—0)/ra+(В—0)/rВ+(C—0)/rC+(a—0)rчел
= 0.
(7.2)
При
сопротивлении фаз rА
= rВ
= rС
= r
имеем
(A+В+C)/r—(30/r)+(A/rчел)-(0/rчел)
=
0.
Но
так как
а
+
в
+
с
= 0,
получаем
—(30/r)+(a/rчел)—(0/rчел)
= 0.
Следовательно,
напряжение смещения нулевой точки 0
0+a/r(3rчел+r).
Ток, проходящий
через тело человека, будет равен
Iчел
=
а
—0
/rчел
= (1/
rчел)= 3А/(3rчел+
r).
Принимая
во внимание, что Ua= Uф,
окончательно получаем
Iчел
=
3ф/(3rчел+r).
(7.3)
Если
не принимать во внимание напряжение
смещения нейтрали и учитывать, что rчел
обычно гораздо меньше r,
ток
Iчел
= Uл/(rчел+
r).
(7.4)
В
исправном состоянии сопротивление
изоляции установок напряжением до 1000
В должно быть не менее 0,5 МОм. В таком
случае человек оказывается «под защитой»
изоляции других фаз, а ток, проходящий
через него, будет безопасным.
По формуле (7.4) ток,
проходящий через тело человека, будет
равен
Iчел
= Uл/(rчел+r)
= 380/(103+0,5106)
= 0,76 мА,
что
составляет доли миллиампер и условие
электробезопасности выполняется.
Все
рассмотренное справедливо, если емкостью
сетей относительно земли пренебрегают.
Но при большой протяженности сетей с
изолированной нейтралью значением,
определяющим их электро- и пожарную
безопасность, является не сопротивление
изоляции r,
а емкостное сопротивление сети xС.
Величина емкостного сопротивления
сетей с изолированной нейтралью,
достигающих по длине больше 1 км, может
составлять приблизительно 1 кОм.
При
таком значении xС
условие электробезопасности выполняться
не будет, так как
Iчел
= Uл/(rчел+xC)
= 380/(103+103)
= 190 мА,
что
значительно больше порогового значения,
т.е. для каждого конкретного случая
следует индивидуально оценивать
необходимость учитывать xС
сети или возможность пренебрегать этим
показателем.
Однако
следует учитывать, что наличие в
производственных помещениях заземленных
металлоконструкций (технологическое
оборудование, вентиляция и т.п.) создает
опасность одновременного прикосновения
к корпусу поврежденного электрооборудования
и металлоконструкциям, имеющим потенциал
земли. Ток поражения в этом случае может
достигать опасных значений, так как в
цепь протекания тока не входит значительная
величина сопротивления пола, а иногда
и обуви.
Без
специального заземления электроустановки
(например, корпуса электродвигателя)
ток однофазного замыкания может возникать
в «случайной» цепи (металлоконструкции
здания, технологическое оборудование
и т.п.) и в местах плохих контактов в этой
цепи вызвать искрение, что особенно
недопустимо во взрывоопасных зонах.
Пожарную опасность представляют искры
и дуги при пробое изоляции неповрежденных
фаз на землю. Это может привести к
возникновению уже сравнительно больших
токов, не всегда отключаемых защитой.
Задержка или отказ отключения таких
токов иногда вызывает прожог электрической
дугой труб электропроводки, оболочек
кабелей и корпусов электроприемников
или их местный недопустимый нагрев. Все
это весьма опасно, особенно в условиях
пожаровзрывоопасных зон.
Обеспечить
необходимую электробезопасность
человека и пожарную безопасность сетей
с изолированной нейтралью позволяет
применение низкоомного заземлителя,
шунтирующего сопротивление тела человека
(рис. 7.3).
Если
корпус электроустановки соединить
проводником с заземлителем r3,
имеющим малое сопротивление, человек,
прикасающийся к участку между корпусом
и землей, присоединится к цепи замыкания
параллельно. Так как токи в параллельных
ветвях обратно пропорциональны их
сопротивлениям, а сопротивление тела
человека (rчел.расч
= 1000 Ом) значительно больше сопротивления
заземлителя, ток в теле человека снижается
до безопасной величины.
Сопротивление
искусственного заземлителя для сетей
с Uл = 380
В принимают 4 Ом [1]. При указанных условиях
(в дополнение к рис. 7.3), для иллюстрации
рассмотрим эквивалентную схему (рис.
7.4). Напряжение прикосновения Uпр
при этом будет более чем в 100 раз ниже,
чем при отсутствии заземлителя, т.е.
Uпр
=
UлrЗ/(rЗ+xC)
= (3804)/(4+103)
= 1,5 B.
Ток,
проходящий через человека, определяется
напряжением прикосновения Uпр
и его сопротивлением rчел
и будет равен
Iчел=
Uпр/rчел=
1,5/103
=
1,5 мА,
что
намного меньше порогового поражающего
тока (см. табл. 7.1).
Рис.
7.3. Замыкание на корпус электроприёмника
в сети
с изолированной нейтралью при
наличии заземления.
Переход высшего
напряжения в цепь низшего
Рис.
7.4. Эквивалентная схема замыкания на
корпус электроприемника в сети с
изолированной нейтралью при наличии
заземления
Заземление
корпусов электроустановок, а также
металлоконструкций технологического
оборудования и зданий существенно
улучшает и условия пожаровзрывобезопасности,
а правильное устройство и эксплуатация
заземления позволяют избежать
искрообразований от токов замыканий
на землю, что особенно важно для
взрывоопасных зон.
Введение
сопротивления r3
параллельно телу человека уменьшает
эквивалентное сопротивление и снижает
возможное напряжение прикосновения
Uпр,
т.е. напряжение между двумя точками цепи
тока замыкания на землю (на корпус) при
одновременном прикосновении к ним
человека. Максимальное значение Uпр
может быть равно напряжению на заземлителе
U3,
т.е. Uпр
= U3
= I3
r3,
где I3
– ток замыкания при пробое на корпус
(рис. 7.5). Согласно кривой АВХ,
потенциалы точек, отстоящих в любом
направлении от заземлителя на расстоянии
от заземлителя примерно 20 м и более,
близки к нулю. Следовательно, Uпр,
равное разности ординат точек О и Х,
будет максимальным. Если человек,
прикасаясь к заземленному корпусу,
находится на расстоянии менее 20 м от
заземлителя (например, в точке Х1,
он подвергается воздействию только
части напряжения U3.
Рис. 7.5. Напряжение
прикосновения и шага в пределах растекания
(однофазного замыкания)
Таким
образом, напряжение, воздействию которого
подвергается человек, зависит от
расстояния между заземленным корпусом
и заземлителем, а также от характера
кривой спада потенциала, т.е. от степени
выравнивания потенциалов. Кроме того,
Uпр
зависит от суммы и величины сопротивления
в цепи замыкания. В общем случае оно
равно
Uпр=KпрUЗ=КпрIзrз,
(7.5)
где
Кпр
– коэффициент прикосновения меньше
единицы (0,3-0,2 и ниже для промышленных
зданий).
Опасность
поражения людей при однофазных замыканиях
на заземленные корпуса определяется
не только наличием напряжения на
корпусах, но и полем довольно большой
напряженности в зоне растекания тока
в земле с заземлителя. Как следует из
рис. 7.5, между любыми двумя точками земли
на участке растекания тока существует
разность потенциалов. Поэтому человек,
находящийся в пределах этого участка,
подвергается воздействию напряжения
шага Uш,
вследствие чего возникает ток поражения,
замыкающийся в основном через ноги.
Напряжение шага уменьшается при удалении
человека от заземлителя и практически
равно нулю на расстоянии 20 м от заземлителя.
Оно определяется по формуле
Uш=KшUЗ=KшIЗrЗ,
(7.6)
где
Кш—
коэффициент, зависящий от степени
выравнивания потенциалов (при рациональном
устройстве заземления Кш
принимают 0,3–0,1 и ниже).
При
этом Uш
возрастает, если человек, подвергшийся
его воздействию, падает в направлении
к заземлителю, и ток проходит уже не
через все тело. Случаи поражения людей
напряжением шага относительно редки:
они могут произойти, например, вблизи
упавшего на землю провода. Наиболее
опасны напряжения шага при разрядах
молнии.
ПУЭ
не нормируют и не требуют расчетов
заземлений на определенную величину
напряжений прикосновения и шага, так
как нормирование этих величин в установках
напряжением до 1000 В крайне затруднительно
из-за выбора необходимых расчетных
параметров, которые часто бывают
условными. Опыт, накопленный в результате
эксплуатации обычно применяемых
заземлений, позволяет заменить расчеты
выбором сопротивлений заземляющих
устройств в сочетании (в необходимых
случаях) с выравниванием
потенциалов.
В промышленных установках выравнивание
потенциалов внутри помещений происходит
естественным путем благодаря разветвленной
сети заземления, связанной со всякого
рода металлическими конструкциями,
трубопроводами, оболочками кабелей и
т.п.
В
электроустановках напряжением до 1000 В
с изолированной нейтралью величина rЗ
не должна
превышать 4 Ом за исключением случаев
питания от трансформаторов или генераторов
мощностью до 100 кВА,
где rЗ
может достигать 10 Ом. Если генераторы
или трансформаторы работают параллельно,
сопротивление 10 Ом допускается при
суммарной их мощности не более 100 кВА.
Сопротивление, равное 4 Ом, принято по
следующим соображениям. Токи замыкания
на землю в ветвях с изолированной
нейтралью напряжением до 1000 В обычно
невелики: даже в сетях относительно
большой протяженности они не превышают
нескольких ампер, а при хорошо налаженной
эксплуатации – не более 1 А. При высокой
влажности и химически активной среде
они могут достигать 10 А и выше.
Измерения
в сетях действующих промышленных
предприятий показали, что ток замыкания
на землю составляет 0,21–2,03 А. Поэтому,
при проектировании сетей с изолированной
нейтралью расчетной величиной тока
замыкания на землю IЗ
был принят довольно большой ток – 10 А.
Это равносильно ограничению rЗ
и, следовательно, равносильно ограничению
Uпр
некоторым допустимым значениям, т.е. 12
В.
Поскольку
коэффициент Кпр
всегда меньше единицы и токи замыкания
на землю в производствах с нормальной
средой значительно меньше 10 А, Uпр
будет более низким.
Достаточность
проводимости заземления должна быть
также проверена по условию безопасности
при переходе высшего напряжения в цепь
низшего, например, из-за непосредственного
соединения проводников высшего и низшего
напряжений, проводов воздушных линий
разного напряжения и др., что может
вызвать пробой изоляции электрооборудования
низшего напряжения и появление на его
корпусе опасного потенциала, а также
опасное искрообразование.
Для
защиты от такого перехода в сетях с
изолированной нейтралью между фазным
проводом или нейтралью или одним выводом
обмотки (соединенной треугольником) и
землей включают пробивной предохранитель
ПП (например, ПП-А/3, см. рис. 7.3). Предохранитель
имеет две металлические обкладки
(контакты) и между ними прокладку из
слюды с четырьмя отверстиями по
окружности, которая изолирует в нормальном
режиме обмотку низшего напряжения от
земли. Прокладка служит для осуществления
точечного искрового промежутка,
обеспечивающего заданную разрядную
характеристику. В отверстиях прокладки
происходит пробой по воздушному
промежутку. Установка пробивного
предохранителя на фазном проводе, а не
нейтрали, облегчает контроль его
целостности, так как пробой предохранителя
сразу обнаруживается по приборам
контроля изоляции.
Пробивной
предохранитель должен замкнуть цепь
однополюсного замыкания через rЗ
(см. рис. 7.3) при переходе напряжения. Так
как сопротивление емкости xC
высшего напряжения значительно больше
rЗ,
ток IЗ
будет емкостным током однополюсного
замыкания на землю на стороне высшего
напряжения. Этот ток вызывает срабатывание
защиты и отключение аварийного
трансформатора. Повышение напряжения
в цепи низшего напряжения ограничивается
малым значением rЗ.
При этом напряжение нейтрали относительно
земли будет равно Uн
= IЗrЗ.
По условию защиты от перехода напряжения
ПУЭ предписывают принимать значение
rЗ
по формуле
rЗ
125/IЗ.
(7.7)
Формула (7.7) как бы регламентирует
напряжение 125 В в качестве допустимого
для корпусов оборудования, соединенного
с rз. Фактически
это напряжение будет меньше 125 В вследствие
соединения заземленного оборудования
с грунтом.
Величина тока однополюсного замыкания
IЗв сетях с изолированной нейтралью может
быть определена по приближенной формуле
IЗ=Uл(35lк+
lв)/350,
(7.8)
где
Uл– линейное
напряжение сети на стороне высшего
напряжения, кВ;lк– длина кабельных линий,lв– длина воздушных линий, объединенных
в одной сети, км.
Таким образом, заземление является
важной защитной мерой в электроустановках
с изолированной нейтралью. Оно особенно
эффективно в сетях с хорошей изоляцией
фаз относительно земли. Поэтому, согласно
ПУЭ, заземление должно быть выполнено
совместно с устройством, обеспечивающим
постоянный контроль изоляции сети.
Основным недостатком сетей с изолированной
нейтралью является наличие одной системы
напряжения. Для наиболее распространенного
варианта оно составляет 380 В, которым
обеспечивается питание силовой нагрузки.
Это является серьезным недостатком
таких сетей, так как для питания
осветительной нагрузки напряжением
220 В необходимо иметь дополнительный
источник питания. Поэтому в проектной
и эксплуатационной практике чаще
применяют сети трехфазные четырехпроводные
с глухозаземленной нейтралью, которые
имеют два номинала напряжения: линейное
– для питания силовой нагрузки и фазное
– для питания осветительной.
Зануление в сети с глухим заземлением
нейтрали. В трехфазных четырехпроводных
сетях напряжением 660/380, 380/220 и 220/127 В в
соответствии с требованиями ПУЭ
применяется заземление нейтрали
трансформаторов или генераторов. При
отсутствии защитного заземления эти
сети также обладают электроопасностью
и пожаровзрывоопасностью. Прикосновение
человека к находящемуся под напряжением
корпусу электроприемника (рис. 7.6)
образует цепь поражения, замыкающую
через его тело, обувь, пол, землю и
заземление нейтрали.
Напряжение, воздействию которого в этом
случае подвергается человек, представляет
собой часть фазного напряжения,
действующего в цепи замыкания. В теле
человека возникает ток Iчел,
обусловленный фазным напряжениемUфи последовательно включенными
сопротивлениями тела человекаrчели заземления нейтралиrо(если сопротивлениями обуви, пола и
земли пренебречь):
Iчел
Uф/(rчел+ro).
(7.9)
Сопротивление rоопределяется двумя условиями: обеспечением
безопасности при переходе высшего
напряжения в цепь низшего; предотвращением
недопустимого повышения напряжения
фазных проводов при замыкании любой
фазы на землю. Поэтому ПУЭ устанавливают
для заземления нейтрали источника тока
максимальную величину сопротивления
2, 4, 8 Ом соответственно при линейных
напряжениях 660, 380, 220 В.
Поскольку в формуле (7.9) rчел
>> rо,
Iчел
Uф/rчел.
(7.10)
Отсюда следует, что однополюсное
прикосновение в сетях с заземленной
нейтралью весьма опасно. Например, в
сети напряжением 380/220 В через тело
человека при rчел
= 1000 Ом может проходить смертельно
опасный ток 220/1000 = 0,22 А. В этих сетях ток
в теле человека не зависит от емкостных
токов на землю или токов утечки, так как
они зашунтированы глухим соединением
нейтрали с землей. Большое значение для
электробезопасности приобретает в этом
случае высокое сопротивление пола и
обуви.
Рис. 7.6. Замыкание
на корпус электроприемника
в сети с
глухозаземленной нейтралью
Отсутствие защитного заземления
электроустановки (например, корпуса
электродвигателя, см. рис. 7.6) и прохождение
тока замыкания при замыкании на корпус
по случайному пути в местах плохих
контактов тоже может вызвать искрение.
Таким образом, если в электроустановках
напряжением до 1000 В с глухозаземленной
нейтралью не применять защиту,
прикосновение к металлическому корпусу,
соединившемуся с любой из фаз, опасно.
Однако обеспечить безопасность персонала
в электроустановках с заземленной
нейтралью так же, как в электроустановках
с изолированной нейтралью, простым
заземлением электроприемников нельзя.
При замыкании на корпус (рис. 7.7) это
заземление не обеспечивает безопасной
величины напряжения прикосновения и
ток IЗне в
состоянии быстро отключить поврежденный
элемент электроустановки.
Если пренебречь относительно малыми
сопротивлениями трансформатора, активным
сопротивлением фазного провода, активным
сопротивлением «фаза – земля» и активным
сопротивлением земли и места пробоя на
корпус, ток замыкания IЗ,
ограниченный сопротивлениями заземлений
электроприемникаrЗи нейтралиr0,
сможет оказаться недостаточным для
сгорания плавкой вставки предохранителя
или отключения автомата.
Рис. 7.7. Заземление
электроприемника без соединения
с
заземленной нейтралью трансформатора
Например, если принять часто встречающиеся
значения r0 = 4
Ом иrЗ = 10 Ом при
напряжении сети 380/220 В, получим ток
замыкания
IЗ = Uф/(r0+rЗ)= 220/(4+10) = 15,7 А.
Такой ток может вызвать быстрое отключение
линий, защищенных предохранителями с
номинальным током плавкой вставки не
более 6 А или автомата с током срабатывания
электромагнитного расцепителя не более
15 А. При больших номинальных токах этих
аппаратов отключения не последует, а
при длительном прохождении аварийного
тока IЗна
заземленных корпусах будут создаваться
и опасные напряжения по отношению к
земле:Uпр =
IЗrЗ
= 15,710 = 157 В,
а ток через человекаIчел
= Uпр/rчел
=
= 157/103 = 157 мА, что не
обеспечивает условия электробезопасности.
Значения Uпрбудут определяться величинойUфи соотношениемr0/rЗ.
УменьшениеrЗдаже в 10 раз снизит напряжение прикосновенияUпр примерно в
2 раза, что будет составлять около 100 В.
Дальнейшее уменьшениеrЗэкономически невыгодно, так как связано
с необходимостью больших затрат на
изготовление заземляющего устройства
(так какrЗнеобходимо было бы уменьшить еще в 10
раз) и в конечном счете не решает проблему
электробезопасности. Поэтому в сетях
напряжением до 1000 В с глухозаземленной
нейтралью металлические нетоковедущие
части электроустановки надо соединять
не с заземлителями, а с нулевым защитным
проводом (рис. 7.8), который подключен к
нейтрали трансформатора. Это защитное
мероприятие называется занулением.
В таком случае замыкание на корпус
приводит к однофазному КЗ сети через
фазный и нулевой провода. Так как
сопротивления проводов значительно
меньшеrЗиr0,
токи КЗIКЗдостигают больших значений. Предохранитель
или автомат быстро отключает аварийный
участок. Автоматическое отключение
поврежденных участков является основным
мероприятием по обеспечению электро-
и пожаробезопасности в электроустановках
с глухозаземленной нейтралью.
Рис. 7.8. Замыкание
на корпус электроприемника в сети с
глухозаземленной
нейтралью при наличии
зануления. Переход высшего напряжения
в цепь низшего
Зануление обеспечивает электробезопасность
только при соблюдении ряда условий,
усложняющих его устройство и требующих
постоянного внимания при эксплуатации.
Так, для надежного и очень быстрого
отключения аварийного участка необходим
достаточный ток КЗ. Следует обеспечивать
безопасность в течение времени от
момента замыкания до срабатывания
защитного аппарата, а также при обрыве
нулевого провода. При отказе аппаратов
защиты или задержке отключения на всех
металлических частях, присоединенных
к нулевому проводу, остается потенциал,
который может превосходить допустимый.
В связи с этим будет существовать
реальная угроза поражения людей,
прикасающихся к этим частям.
Длительный ток однофазного КЗ может
вызвать серьезные повреждения токоведущих
частей электрооборудования, их защитных
оболочек или корпусов. Особенно опасна
задержка отключения токов однофазного
КЗ во взрывоопасных зонах, приводящая
к возникновению длительной дуги и
повреждению (прожигу) оболочки, панели
с зажимами или труб электропроводки с
последующим выбросом пламени в окружающее
пространство. Так, двухдюймовая труба
может прогореть через 3 с при токе 500 А,
а при токе 350 А – через 5 с. Поэтому лучшим
решением следует считать применение
во взрывоопасных зонах не предохранителей
(за исключением специальных
быстродействующих, например ПНБ5), а
автоматов с электромагнитными или
полупроводниковыми расцепителями,
срабатывающими мгновенно и отключающими
все три фазы, что предотвращает
пожароопасный режим работы электродвигателей
на двух фазах.
Во время срабатывания защиты на зануленных
металлических частях могут кратковременно
создаваться значительные и даже опасные
потенциалы. Однако в цепях со встроенными
или близко расположенными подстанциями
и насыщенных технологическим оборудованием
напряжение прикосновения при замыканиях
на корпус не превосходит безопасного
значения и нередко равно 10-12 В. Это
объясняется включением параллельно с
нулевым проводом проводников большой
проводимости; заземленных металлических
частей электроустановок, металлических
оболочек кабелей, трубопроводов,
технологического оборудования,
металлических конструкций зданий и
т.п., а также выполненного по ПУЭ повторного
заземления нулевого провода (rп,см. рис. 7.8).
Устройство дополнительных местных
очагов повторного заземления нулевого
провода, выполняемых по контуру здания
или установки, является наиболее
эффективным способом снижения опасности,
особенно для удаленных от подстанций
установок. При таком способе удается
во время аварийных режимов уравнять
потенциалы пола (земли) и оборудования.
Повторные заземления нулевого провода
снижают опасность возникновения пожаров
от токов замыкания и потенциалов на
заземленных корпусах в случае обрыва
нулевого провода (см. 1на рис. 7.8).
Как уже указывалось, при обрыве нулевого
провода и замыкании на корпус прикосновение
к любой присоединенной к нулевому
проводу металлической части равносильно
присоединению к токоведущему проводу,
а прохождение токов замыкания по
случайным путям может быть причиной
пожара. Однако полное совпадение обрыва
нулевого провода с замыканием на корпус
маловероятно, тем более что речь идет
о магистральных проводах. Если раньше
произойдет обрыв, он быстро обнаружится,
так как обрыв нулевого провода вызывает
отключение или ненормальный режим
работы электроламп и других однофазных
электроприемников. Если же раньше
произойдет замыкание на корпус, оно
должно отключиться защитой. Кроме того,
если в осветительной сети нулевой провод
используется в качестве рабочего,
потенциал на оборудование может быть
вынесен через нить электрической
лампочки светильника или сопротивление
нагревательного прибора даже при
отсутствии замыкания на корпус. Поэтому
целостности нулевого провода придается
большое значение. Если нулевой провод
используется в качестве защитного, в
его цепи запрещается применять
разъединяющие аппараты (рубильники,
выключатели и т.п.), предохранители или
автоматы. В воздушных линиях повторные
заземления рекомендуется устраивать
на концах линий (или ответвлений) длиной
более 200 м, а также на вводах в здания,
внутри которых применяется зануление,
и у прожекторных мачт.
Общее сопротивление растеканию заземлений
всех повторных заземлений нулевого
рабочего провода каждой воздушной линии
в любое время года должно быть не более
5, 10, 20 Ом соответственно при линейных
напряжениях 660, 380, 220 В. Сопротивление
растеканию заземлителя каждого из
повторных заземлений должно быть не
более 15, 30, 60 Ом соответственно при тех
же напряжениях. Для повторных заземлений
следует максимально использовать
естественные заземлители (см. параграф
7.3). Чем больше повторных заземлений
защитного нулевого провода и чем ниже
их сопротивление, тем ниже напряжение
прикосновения и напряжение по отношению
к земле как при замыканиях на корпус,
так и при обрыве нулевого провода.
В электроустановках
с глухозаземленной нейтралью напряжением
380-220 В запрещается применение защитного
заземления без одновременного зануления,
а также применение земли в качестве
нулевого проводника, так как при этом
в случае повреждения изоляции заземленного
оборудования возникли бы те же опасные
условия, что и при обрыве нулевого
провода.
В электроустановках с глухозаземленной
нейтралью защита от опасности, связанной
с переходом высшего напряжения в цепь
низшего
(см. рис. 7.8), достигается
заземлением нейтрали трансформатора
r0. При этом
повышение напряжения в цепи низшего
напряжения ограничивается малым
значениемr0.
Напряжение нейтрали относительно земли
получается равнымUн=IЗr0.
Величинаr0не
должна превосходить значение, определяемое
выражением (7.7).
Зануление – одна из первых защитных
мер в электроустановках. Зануление
имеет как экономические (проще и дешевле
заземлители, используемые в системе
зануления), так и качественные преимущества
перед защитным заземлением – оно снимает
напряжение с поврежденных частей
электроустановки. Выполнение зануления
в соответствии с правилами [1] обеспечивает
его высокую надежность. Однако зануление
имеет ряд принципиальных недостатков,
например:
не обеспечивает безопасности при
непосредственном прикосновении человека
к токоведущим частям электроустановки;
нулевой защитный проводник обеспечивает
вынос потенциала (даже при отсутствии
замыкания на корпус) на все зануленные
электропотребители, что представляет
опасность поражения и создает помехи
радиоэлектронному оборудованию;
в сети с занулением нельзя использовать
заземление отдельных электропотребителей
(без соединения их с нулевым защитным
проводником), так как при замыкании на
заземленный корпус зануленные
электропотребители оказываются под
опасным напряжением в течение длительного
времени;
одновременное прикосновение к токоведущим
частям электроустановки и ее зануленному
корпусу, а также к незануленному и
зануленному электрооборудованию
представляет большую опасность;
ошибки при монтаже и подключении
электропотребителя могут привести к
тому, что его корпус окажется непосредственно
подключенным к фазе через нулевой
защитный проводник;
перегорание плавкой вставки одного
предохранителя при замыкании на корпус
не обеспечивает полного отключения от
сети трехфазного потребителя, и он
(например, трехфазный электродвигатель)
окажется в пожароопасном неполнофазном
режиме работы;
токи КЗ, токи утечки, искры при замыкании
на корпус, перегрев трехфазных потребителей
при работе на двух фазах, обусловленные
наличием зануления, могут создать
пожароопасную ситуацию;
трудности выполнения
требований ПУЭ к занулению по формулам
(3.12) и (3.13) в протяженных сетях и при
занулении мощных потребителей;
трудности контроля (целостности цепи
зануления).
Перечисленные недостатки показывают,
что зануление уже не соответствует
современному уровню электрификации
страны и нуждается в принципиальной
переработке или замене более совершенными
мерами защиты, например устройством
защитного отключения УЗО (см. параграф 3.5).
5- Заземление электроники и компьютеров
|