Опасность эксплуатации электроустановок

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК.

1. Изоляция токоведущих частей.

2. Недоступность токоведущих частей.

3. Блокировки безопасности.

4. Ориентация в электроустановках.

5. Защитное замыкание ( шунтирование фазы).

6. Изолирующие площадки.

1. Изоляция токоведущих частей

ИЗОЛЯЦИЯ - это слой диэлектрика или специальная конструкция, выполненная из диэлектрика, с помощью которого токоведущие части отделяются друг от друга или от других конструктивных элементов оборудования.

РАБОЧАЯ ИЗОЛЯЦИЯ - это изоляция, обеспечивающая протекание тока по требуемому пути и безопасную эксплуатацию электроустановок.

Изоляция обеспечивает безопасность благодаря большему сопротивлению протеканию тока. Практически все напряжение падает на изоляции.

Эквивалентная схема изоляции:

Размещено на http://www.allbest.ru/

На постоянном токе изоляция характеризуется:

1) R₆₀;

2) коэффициент абсорбции R₆₀ / R₁₅ характеризует емкость изоляции, где 60 и 15сек - время продолжения измерения сопротивления;

3) рабочее напряжение, т.е. характеризуется электрической прочностью.

На переменном токе изоляцию характеризуют:

1) активное сопротивление;

2) тангенс угла диэлектрических потерь;

3) рабочее напряжение.

Параметры изоляции нестабильны и с течением времени ухудшаются (загрязнение, увлажнение, старение и частичное разрушение от температуры и от токов - пусковых, короткого замыкания и т.д.). Кроме того, сопротивление изоляции падает при повышении рабочего напряжения, приложенного к изоляции, поэтому необходимо производить контроль изоляции, с целью установления пригодности изоляции к дальнейшей эксплуатации. Прежде всего проводят приемосдаточные испытания. Для большинства электроустановок определяют R₆₀ и выполняют испытание повышенным напряжением.

Последующие испытания подразделяют на:

- периодические;

- постоянные;

- предпусковые.

Периодические подразделяют на послеремонтные и межремонтные. Послеремонтные выполняют после капитальных и технических ремонтов. Межремонтные выполняются в сроки между ремонтами. Сроки и нормы испытаний указаны в ПУЭ и в ПТБ.

Постоянный контроль изоляции - это испытание изоляции в течение всего времени пребывания под напряжением. Устройства постоянного контроля изоляции сложны и выполняются для некоторых сетей с изолированной нейтралью. Разрабатываются схемы предпускового контроля изоляции, т.к. наши сети “ медленные “ по сравнению с электроникой. В большинстве случаев контроль изоляции на постоянном токе выполняется с помощью мегомметров (один из них М1101М: на напряжение 100; 250; 500; 1000; 2500 В ). Это ГПТ либо с ручным приводом либо с питанием от сети + добавочное сопротивление. При периодических испытаниях изоляции определяются параметры изоляции отдельного оборудования либо отдельных участков сети. В электроустановках напряжением до 1 кВ минимальное сопротивление изоляции = 500 кОм.

2. Недоступность токоведущих частей

Обеспечивается:

1) ограждениями (сплошные - до 1 кВ и сетчатые - до 1 кВ и выше).

Все ограждения имеют открывающиеся или открываемые части; они должны быть закрыты и для отпирания должны применятся специальные приспособления.

2) расположением токоведущих частей на недосягаемой высоте.

Высота подвеса проводов ВЛ зависит от местности (населенная, ненаселенная, труднодоступная, недоступная). В населенной местности высота подвеса проводов: ВЛ U110 кВ - 7 м;

ВЛ U=220 кВ - 8 м.

3) расположение токоведущих частей в недоступном месте (скрытые проводки, КЛ в траншеях, лотках и т.д.).

4) специальные меры (специальные штепсельные разъемы).

3. Блокировки безопасности

Блокировки безопасности это устройства предотвращающие поражение персонала электрическим током в результате ошибочных действий.

По принципу действия блокировки подразделяются на:

- механические;

-электрические;

-электромагнитные.

Механические блокировки выполняются в виде различных стопоров, защелок, которые стопорят механическую часть в отключенном положении. На подстанции применяют механические блок замки. Все аппараты одного присоединения имеют один секрет и ключ.

Линейные разъединители и заземляющие ножи имеют блокировку с помощью двух дисков с определенными элементами или с помощью диска с прорезью. При этом нельзя включить ножи заземлителя при наличии напряжения на линии или включить заземленную линию (схема ИЛИ).

Электрические блокировки - это обычно блокировки двери. На входах подстанций такие блокировки не ставятся. Они полностью предотвращают от ошибочных действий. Не рекомендуются силовые контакты блокировать с дверью. В этом случае при открытии двери напряжение выключится, а при закрытии снова включится.

Схема электрической блокировки.

Электромагнитные блокировки выполняются в виде электромагнитных замков, которые позволяют соблюдать определенный порядок включения, отключения или переключения аппаратов на подстанции.

4. Методы ориентации

Методы ориентации позволяют ориентироваться персоналу при выполнении работ и предостерегают от ошибочных действий.

1. Маркировка частей электрооборудования служит для распознавания принадлежности оборудования, которая выполняется с помощью условных обозначений (буквенных, цифровых). Все аппараты одного присоединения должны иметь один номер.

2. Предупредительные сигналы, подписи, таблички.

3. Знаки безопасности наносятся на корпуса оборудования, на входах и опорах. Фон желтый (или фон интерьера), стрелка черная или красная.

4. Соответствующее расположение и раскраска токоведущих частей.

При переменном токе:

- фаза А располагается верхней левой или наиболее удаленной (желтый цвет);

- фаза В - средняя (зеленый цвет);

- фаза С - нижняя ближняя (красный цвет).

Нулевые шины: при изолированной нейтрали - голубые; при заземленной - продольные полосы желтого и зеленого цвета.

При постоянном токе:

- положительная шина - нижняя, правая, ближняя, красная;

- отрицательная шина - средняя, синяя;

- нейтральная шина - верхняя, левая, наиболее удаленная, белая.

Световая сигнализация указывает на включенное или отключенное состояние токоведущих частей. Применяют две схемы световой сигнализации: на “потухание” и на “свет”. На “потухание” применяют в сетях до 1 кВ, лампы подключают к токоведущим частям и в течении работы лампы горят. Недостатком такой схемы является то, что при повреждении сети или перегорании лампы возможно ошибочное мнение. В схемах на “свет” - лампы питают от специальной сети, и они включаются при отключении питания от электроустановки.

5. Защитное замыкание (шунтирование фазы).

Это искусственное замыкание на землю фазы сети с изолированной нейтралью, к которой прикоснулся человек. Прикосновении человека к одной из фаз вызывает асимметрию в устройстве защиты от замыкания, которое замыкает поврежденную фазу на землю, затем АПВ возвращает обратно.

УЗЗ - устройство защитного замыкания.

r - сопротивления утечки на землю

. R_Ч<<R_УТЕЧКИ.

При прикосновении человека возникает несимметрия фаз, УЗЗ - это чувствует и замыкает эту фазу на землю, следовательно происходит выравнивание потенциалов и человек «отпадает».

6. Изолирующие площадки

Изолирующие площадки - это площадки, пол и ограждение которых изолированы от земли. Применяются редко, когда человеку необходимо прикасаться к частям под напряжением.

ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ КОМБИНИРОВАННОГО ДЕЙСТВИЯ

1. Выполнение электрических сетей, изолированными от земли.

2. Электрическое разделение сетей.

3. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю.

4. Выравнивание потенциалов.

5. Применение малых напряжений.

ЛИТЕРАТУРА: 5,стр59-69.

1. Выполнение электрических сетей, изолированными от земли.

Выполнение электрических сетей, изолированными от земли, снижает опасность при однофазных и однополюсных прикосновениях, а также при включении на напряжение прикосновения и шаговое напряжение.

I_Ч=U_Ф/(R_Ч+Z/3), ток через человека ограничивается сопротивлением Z.

I'=IR/R, I=U/(Z/3) - этот ток меньше, чем в сетях с заземленной нейтралью.

ПУЭ требует выполнять с изолированной нейтралью сети напряжением до 1 кВ для шахт, карьеров и торфоразработок, где особенно опасно поражение током. Когда одна из фаз замкнута на землю, то человек попадает под линейное напряжение. I_Ч=U_Л/R_Ч.

Для определения замыкания одной из фаз на землю применяют схему “трех вольтметров” или схему “земляных вольтметров”. В нормальном состоянии вольтметры показывают фазное напряжение. При повреждении одной одной из фаз: вольтметр, присоединенный к поврежденной фазе показывает 0, а остальные вольтметры - линейное напряжение.

Такие схемы применяют в сетях напряжением до 1 кВ. В сетях напряжением выше 1 кВ эти вольтметры включают через трансформатор напряжения или через пяти-стержневой трансформатор (НТМИ). в сетях шахт, карьеров и торфоразработок используют схемы контроля изоляции.

2. Электрическое разделение сетей

Электрическое разделение сетей - разделение протяженной или разветвленной электрической сети на отдельные участки, не имеющие между собой электрической связи, с помощью разделительных трансформаторов с коэффициентом трансформации равным единице, а также питание отдельных потребителей через разделительные трансформаторы. Протяженные или разветвленные сети имеют сравнительно небольшое активное сопротивление утечки и большую емкость. Если такую сеть разделить на участки, то сопротивление утечки “увеличивается”, а емкость “уменьшается”. Выполняется схема: питание потребителя чрез разделительный трансформатор (у каждого потребителя - свой трансформатор). За разделительным трансформатором нейтраль не должна заземлятся.

3. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю.

Электрические сети, особенно кабельные, обладают большей емкостью. В токах замыкания на землю и токе через человека преобладает емкостная составляющая.

Поэтому для уменьшения тока замыкания на землю выполняют заземление нейтрали через дугогасящую катушку. Если полная составляющая x_L=x_C , то ток определяется сопротивлением утечки. Допускается режим 5% отклонения от полной компенсации.

ПУЭ предписывает выполнять компенсацию при токах замыкания на землю:

больше 30 А в сетях 6 кВ;

больше 20 A в сетях 10 кВ;

больше 10 А в сетях 35 кВ.

В блоках генератор - трансформатор компенсацию выполняют при токах более 5 А.

4. Выравнивание потенциалов.

Под выравниванием потенциала понимают повышение потенциала основания до потенциала заземленного оборудования.

Выравнивание потенциала при прикосновении к токоведущим частям под напряжением.



Этот метод применялся при пофазном ремонте линии. При помощи штанги накладывается перемычка между линией и металлическим полом на изолированном основании. При напряжении выше 110 кВ этот метод не используют, т.к. возникают большие емкостные токи. При напряжении 110 кВ используют экран (фарадееву решетку). Далее при изучении контурного заземления.

5. Применение малых напряжений

Малое напряжение это номинальное напряжение не более 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока, применяемое в целях безопасности. Малое напряжение менее опасно, чем высокое по 2 причинам:

1. I_Ч=U_Ч/R_Ч Если U_МАЛОЕ , то и I_МАЛОЕ

2. R_Ч является функцией от U_Ч. Чем ниже U_Ч , тем выше R_Ч.

Применяются напряжения 12 В и 42(36) В переменного тока.

Требуют применять малое напряжение до 40 В включительно в помещениях повышенной опасности и наружных установках для питания ламп накаливания общего освещения, располагаемых ниже 2.5 м, ламп накаливания в светильниках местного освещения, для ручных переносных инструментов в металлическом корпусе.

С напряжения не более 12 В в особо опасных и наружных условиях, когда работа связана с неудобством позы или контактом с большими металлическими или проводящими поверхностями (в котлах, в смотровых ямах, в кабельных тоннелях(для переносных светильников)). Для получения малых напряжений применяют батареи гальванических элементов, одно- или трехфазные трансформаторы.

Требования, предъявляемые к трансформаторам: корпус и один из выводов должны заземляться или зануляться; между обмотками высокого и малого напряжения должен быть заземленный статический экран.

Запрещено применять автотрансформаторы и реостаты, т.к. они имеют связь с сетью более высокого напряжения.

Область применения малого напряжения ограничена локальными сетями в одном или нескольких смежных помещениях. Безопасное напряжение до 10 В применяется в транзисторах, игрушках, фонариках.

ЗАЩИТНЫЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ.

электроустановка изоляция ток поражение заземляющий

1. Определение, условия применения, принцип защиты.

2. Конструкция заземляющих устройств. Заземления выносные и контурные.

3. Требования к заземлениям.

4. Методики расчета заземляющих устройств.

5. Контроль заземляющих устройств.

ЛИТЕРАТУРА: 1 - стр.135-152; 2 - стр.182-221; 4 - стр.56-66, 69-87.

ГОСТ 12.1.030-81* ССБТ “Электробезопасность. “Защитные заземления, зануления”.

1) Заземление - это преднамеренное соединение с “землей” или ее эквивалентом металлических элементов электроустановки.

Если с “землей“ соединяются токоведущие части или части нормально находящиеся под напряжением, то это - рабочее заземление.

Защитное заземление - это заземление выполняемое в целях безопасности и представляет собой соединение корпусов электроустановки с “землей” или ее эквивалентом.

ПУЭ требует выполнять защитное заземление в следующих случаях:

- при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока для всех электроустановок;

- в помещениях с повышенной или особой опасностью и в наружных электроустановках при напряжении выше 42 В и выше переменного тока и 110 В и выше постоянного тока;

- для взрывоопасных электроустановок при любых напряжениях переменного или постоянного тока.

Защитное действие заземления основано на защите от напряжения прикосновения, что достигается двумя методами:

- путем уменьшения напряжения прикосновения до длительно допустимых значений (в электроустановках с изолированной нейтралью);

- путем быстрого отключения поврежденной электроустановки (в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью).

Защитное заземление не является эффективной мерой защиты в электроустановках до 1 кВ с глухо-заземленной нейтралью.

Сети с изолированной нейтралью:

;

(R_Ч+r/3)<<rR_Ч/(3R_З)

чем меньше сопротивление заземлителя, тем меньше ток через человека,

U_К=I_ЗR_З; I_ЧU_К/R_Ч=I_ЗR_З/R_Ч.

- стремятся делать R_З как можно меньше.

- условие безопасности: U_K=I_ЗR_ЗU_ДОП в зависимости от времени срабатывания защиты.

Сети с заземленной нейтралью:

а) U>1 кВ (эффективно заземленная нейтраль): U_К=I_ЗR_З; I_З=U_Ф/(R_Р+R_З) если пренебречь сопротивлениями провода и обмотки трансформатора.

Для U_Л=110 кВ - U_Ф60 кВ, следовательно I_З=60000/(10+10)=3000 A.

б) U<1 кВ (глухо заземленная нейтраль): I_З=U_Ф/(R_Р+R_З)=220/(4+4)27 A - от него защита (МТЗ) не работает.

Максимальная токовая защита работает, если мощность электроустановки 3 кВт, при большей мощности МТЗ не срабатывает, следовательно в этом случае заземление не является эффективной мерой защиты.

U_К=I_ЗR_З=U_Ф/2 при R_З=R_Р.

В сетях с напряжением ниже 1 кВ защитное заземление не является эффективной мерой защиты.

Защитное заземление снижает опасность:

- в сетях с изолированной нейтралью (при малых токах замыкания на “землю”) за счет небольшого значения сопротивления заземления R_З. В результате U_К или U_З оказываются небольшими;

- в сетях с эффективно заземленной нейтралью защитное заземление оказывает защитное действие путем превращения замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание.

2) Конструктивно, защитное заземление представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель - металлоконструкция, закопанная в грунт, и имеющая с ним хороший контакт.

Заземляющие проводники - проводники соединяющие корпуса заземляемого оборудования с заземлителем. Такой проводник имеющий 2 или более ответвлений - магистраль. Заземлители подразделяются на искусственные и естественные. Естественные Заземлители - это металлоконструкции расположенные в грунте и выполняющие строительные, технологические и другие нужды, параллельно исполняющие роль заземлителя. ПУЭ предписывает использовать естественные Заземлители. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

- проложенные в земле водопроводы и другие металлические трубопроводы за исключением трубопроводов горючих и взрывчатых веществ;

- обсадные трубы скважин;

- металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;

- металлические шпунты гидротехнических сооружений, запоры и т.д.;

- свинцовые оболочки кабелей, расположенных в земле (алюминиевые не допускается использовать, если оболочки кабелей служат единственным заземлителем, то их должно быть не менее двух;

- заземлители опор воздушных линий, соединенных с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса, если трос не изолирован от опоры;

- нулевые провода воздушных линий с напряжением до 1 кВ, имеющие повторное заземление при количестве линий не менее двух;

- рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренно устроенных перемычек между рельсами.

В качестве искусственных заземлителей применяют стальные металлоконструкции. Диаметр круглых не оцинкованных - 10 мм, оцинкованных - 6 мм. Сечение прямоугольных заземлителей 48 мм², толщина - 4 мм. Толина полки уголка - 4 мм. Обычно искусственные заземлители выполняются в виде вертикальных электродов, соединенных горизонтально. В качестве горизонтальных электродов используются либо прутки, либо стальная полоса 4х40 мм². В качестве заземляющих проводников могут использоваться специально предусмотренные для этой цели проводники диаметром 10 мм, проложенные в земле, 6 мм в наружных установках и 5 мм в зданиях. Могут использоваться металлоконструкции в здании, арматура железобетонных конструкций, в том числе фундаментов, металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути), стальные трубы электропроводок, металлические кожухи, лотки электроустановок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические стационарно проложенные трубопроводы кроме трубопроводов горючих и взрывчатых веществ, канализации и центрального отопления.

По взаимному расположению заземлителя и заземляемого оборудования заземлители подразделяются на выносные и контурные. Заземляемое выносным заземлителем оборудование располагается на расстоянии от места растекания тока. Контурный заземлитель располагается непосредственно возле заземляемого оборудования или площадки, на которой располагается заземляемое оборудование.

План выносного заземления.



U_ПР=U_К=I_ЗR_ЗU_{ПР ДОП}(t)

Поэтому выносные заземлители могут обеспечить безопасность для электроустановок с малыми токами замыкания на землю: до 1 кВ и выше 1 кВ с заземленной нейтралью. В электроустановках выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью используют контурное заземление.

Контурное заземление позволяет получить площадку с повышенным потенциалом в аварийном режиме (выравнивание потенциалов). На территории площадки напряжение прикосновения значительно меньше, чем при выносном заземлители или при одиночном заземлителе, расположенном у электрооборудования.



Напряжение прикосновения максимальное, если человек расположен между электродами, и практически равно нулю, если человек находится над электродом заземлителя.

Рассмотрим шаговое напряжение. Напряжения шага также невелики. Это напряжение будет максимальным если одна нога человека расположена над электродом, а другая по направлению к середине за счет максимальной крутизны кривой распределения потенциалов (точки 1 и 2 на рисунке). Напряжение шага практически равно нулю если человек расположен симметрично относительно электрода или середины (точки 3 и 4).

На территории, примыкающей к площадке, кривая распределения потенциалов “идет” достаточно круто. Шаговые напряжения достаточно велики, поэтому для уменьшения шаговых напряжений на территории, примыкающей к заземлителю в местах проходов и проездов, перпендикулярно продольной оси дороги на некоторой глубине располагаются горизонтальные электроды, не соединенные друг с другом и с основным заземлителем, которые позволяют “крутую” кривую распределения потенциалов заменить более пологой ломанной кривой, в результате чего шаговое напряжения уменьшается.

2.а. Части подлежащие заземлению (занулению).

Заземлению (занулению) подлежат:

- корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.;

- приводы электрических аппаратов;

- вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

- каркасы распределительных щитов управления, щитов и шкафов, а также съемные или открывающиеся части, если на них установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного тока или 110 В постоянного тока;

- 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, лотков, короба, струны, тросы и стальные полосы на которых укрепляются кабели и провода, а также другие электроконструкции, на которых установлено электрооборудование;

- металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением до 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока проложенных на общих металлических конструкциях;

- металлические корпуса передвижных и переносных электроустановок;

- электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин или механизмов.

С целью выравнивания потенциалов в помещениях и наружных установках, в которых применяется заземление (зануление), строительные и производственные металлоконструкции, стационарные трубопроводы, металлические корпуса технологического оборудования, подкрановые и железнодорожные рельсовые пути должны быть присоединены к сети заземления (зануления), при этом контакты в естественном сочленении являются достаточными.

Не требуется преднамеренно заземлять (занулять):

- корпуса электрооборудования установленного на земле или зануленные конструкции (распределительные устройства, щитки) при условии надежного электрического контакта основания с землей;

- арматуру изоляторов всех типов (оттяжки, кронштейны и т.д.), осветительную аппаратуру установленную на проводах воздушных линий или деревянных конструкциях подстанций;

- съемные или открывающиеся части металлических каркасов, камер распределительных устройств, шкафов, ограждений, если на этих частях не установлено электрооборудование или установлено электрооборудование напряжением ниже 40 В переменного тока или 110 В постоянного тока;

- металлические скобы, закрепы, отрезки труб механической защиты кабелей или проводов в местах прохода через строительные конструкции.

3. Требования к заземлениям.

3.1. Требования к заземлениям в электроустановках напряжение выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью. Заземляющие устройства таких электроустановок следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению, либо к напряжению прикосновения, а также с соблюдением требований к конструктивному выполнению и ограничению напряжения на заземляющем устройстве. Напряжение на заземляющем устройстве при стекании с него тока на землю UЗ=IЗRЗ не должно превышать 10 кВ. Напряжение выше 10 кВ допускается на заземляющих устройствах с которых исключен вынос потенциалов за пределы зданий и внешних ограждений электроустановок. При напряжении на заземляющем устройстве выше 5 кВ и до 10 кВ должны быть предусмотрены меры по защите изоляции отходящих кабелей и по предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы электроустановки.

Заземляющие устройства которые выполняются с соблюдением требования к их сопротивлению должны иметь в любое время года сопротивление не более 0.5 Ом, включая сопротивление естественного заземлителя.

В целях выравнивания электрического потенциала и обеспечения присоединения электрооборудования на территории площадки следует прокладывать продольные и поперечные горизонтальные заземлители и соединять их в местах пересечений в заземляющую сетку. Продольные заземлители должны быть проложены вдоль осей электрооборудования со стороны обслуживания на глубине 0.5-0.7 м от уровня планировки, на расстоянии 0.8-1 м от фундаментов или оснований электрооборудования. Допускается увеличивать это расстояние до 1.5 м с целью прокладки одного заземлителя для двух рядов электрооборудования, если стороны обслуживания обращены одна к другой и расстояние между фундаментами не превышает трех метров. Поперечные заземлители следует прокладывать в удобных местах между оборудованием на той же глубине, расстояние между ними рекомендуется принимать увеличивающимся от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первые и последующие расстояния начиная от периферии не должны превышать следующих значений: 4-5-6-7.5-9-11-13.5-16-20 м. Размеры ячеек заземляющей сетки, примыкающих к местам присоединения нейтрали силовых трансформаторов и короткозамыкателей к заземлению не должны превышать 6х6 м². Горизонтальные заземлители следует прокладывать также по краю территории площадки так, что бы они в совокупности образовывали замкнутый контур. Если контур заземляющего устройства располагается в пределах внешнего заземлителя, то у входов и въездов на территорию площадки следует выравнивать потенциал путем установки двух вертикальных заземлителей у внешнего горизонтального заземлителя напротив входов и въездов. Вертикальные заземлители должны иметь длину 3-5 м и располагаться на расстоянии равном ширине входа или въезда.

Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к напряжению прикосновения должно обеспечивать в любое время года напряжение прикосновения не более допустимого: U_ПР=I_ЗАМR_{ЗАЗЕМЛ1}U_ПРДОП ( f(t)). t - время отключения напряжения (не менее 0.2 с). Сопротивление заземляющего устройства определяется: R_З= U_ПР/ (I_ЗАМ1). В качестве расчетного времени воздействия следует принимать сумму времени действия защиты и полного времени отключения выключателя. Размещение продольных и поперечных горизонтальных заземлителей должно определяться требованием ограничения напряжения прикосновения до допустимых значений и удобством присоединения заземляемого оборудования. Расстояние между продольными и поперечными полосами не должно превышать 30 м, а глубина заложения в грунт должна быть не менее 0.3 м. Для снижения напряжения рабочих мест в обоснованном расчетом случае должна выполняться подсыпка щебня толщиной 0.1-0.2 м. Дополнительно к приведенным сведениям, заземляющие проводники присоединяющие оборудование к заземлителю должны прокладывать на глубине не менее 0.3 м. Вблизи мест расположения заземленной нейтрали силовых трансформаторов и короткозамыкателей продольные и поперечные горизонтальные заземлители должны прокладываться в четырех направлениях. При выходе заземляющего устройства за пределы ограждения горизонтальные заземлители, находящиеся вне территории электроустановки, следует прокладывать на глубине не менее 1 м. Внешнюю ограду электроустановок не рекомендуется присоединять к заземляющему устройству. Если от электроустановки отходят воздушные линии напряжением 110 кВ и выше, то ограду следует заземлить с помощью вертикальных заземлителей длиной 2-3 м, установленных у стоек ограды по всему периметру через 20-50 м. Установка таких заземлителей не требуется для ограды с металлическими стойками или стойками из железобетона, арматура которых связана с металлическими звеньями ограды. Для исключения электрической связи внешней ограды с заземляющим устройством, расстояние от ограды до элементов заземляющего устройства, расположенных вдоль нее с внутренней, внешней или обеих сторон, должно быть не менее 2 м. Выходящие за пределы ограды горизонтальные заземлители, трубы и кабели с металлической оболочкой и другие коммуникации должны прокладываться посередине между стойками ограды на глубине 0.5 м. В местах примыкания внешней грады к зданиям и сооружениям, а также в местах примыкания к внешней ограде внутренних металлических ограждений должны быть выполнены кирпичные или деревянные вставки длинной не менее 1 м. Не следует устанавливать на внешней ограде электроприемники напряжением до 1 кВ, питающиеся от понижающих трансформаторов, расположенных на территории площадки.

3.3. Требование к заземлению электроустановок напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. Допускается сопротивление до 10 Ом при суммарной мощности параллельно работающих генераторов или трансформаторов не превышающей 100 кВт или 100 кВА соответственно.

3.4. Требования к заземлению в районах с большим удельным сопротивлением грунта. Для электроустановок напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью заземление рекомендуется выполнять с соблюдением рекомендаций напряжения прикосновения. В скальных грунтах допускается прокладывать горизонтальные заземлители на меньшей глубине (не менее 0.15 м) и не устанавливать вертикальные электроды до входов и въездов.

При сооружении искусственных заземлителей рекомендуются следующие мероприятия:

- устройство вертикальных заземлителей увеличенной длины, если с глубиной удельное сопротивление грунта падает, а естественные углубленные заземлители (обсадные трубы скважин) отсутствуют;

- устройство выносных заземлителей, если вблизи (до 2 км) от электроустановки есть место с меньшим удельным сопротивлением грунта;

- укладка в траншеи вокруг горизонтального заземлителя в скальных структурах влажного глинистого грунта с последующей трамбовкой и засыпкой щебнем до конца траншеи;

- проведение искусственной обработки грунта с целью уменьшения удельного сопротивления;

- при удельном сопротивлении грунта более 500 Омм, если мероприятия предложенные выше не позволяют получить приемлемое по экономическим соображениям требуемое сопротивление заземлителя, то допускается увеличивать требуемое сопротивление в 0.002, но не более 10 кратного увеличения.

3.5. Требования к заземлению воздушных линий.

К заземлению воздушных линий предъявляются следующие требования. На воздушных линиях должны быть заземлены:

1) опоры, имеющие грозозащитный трос или другие устройства защиты;

2) железобетонные и металлические опоры воздушных линий 3-35 кВ;

3) опоры на которых установлены силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители или другие аппараты;

4) металлические или железобетонные опоры воздушных линий без тросов и других средств грозозащиты если это необходимо по условиям обеспечения надежной работы релейной защиты и автоматики.

Сопротивления заземлителей опор указанные в пункте 1 должно быть не более значений указанных в таблице:

Удельное эквивалентное сопротивление грунта , Омм	до 100	>100... 500	>500... 1000	>1000... 5000	>5000
Наибольшее допустимое сопротивление заземлителя, Ом	10	15	20	30	610-3

Сопротивления заземляющих устройств указанных в пункте 2 должны быть: для воздушных линий 3-20 кВ в населенной местности, а также для всех воздушных линий 35 кВ не более указанных в таблице, а для воздушных линий 3-20 кВ в ненаселенной местности в грунтах с удельным эквивалентным сопротивлением до 100 Омм - не более 30 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением более 100 Омм - не более 0.3 Ом.

Сопротивление заземляющих устройств по пункту 3 для воздушных линий 110 кВ и выше должны быть не более приведенных в таблице, а для воздушных линий 3-35 кВ выбираются в соответствии с допустимым сопротивлением защитных заземлителей в электроустановках напряжением выше 1 кВ с заземленной нейтралью.

Сопротивление заземляющих устройств опор по пункту 4 выбирается при расчете воздушной линии.

Для опор высотой более 40 м на участках воздушных линий, защищенных тросами, сопротивления заземляющих устройств должны быть в два раза меньше указанных в таблице.

При прохождении воздушных линий напряжением 110 кВ и выше в местностях с грунтами имеющими удельное сопротивление не более 500 Омм (глинистые, суглинистые, супесчаные) в качестве естественных заземлителей следует использовать арматуру железобетонных оснований фундаментов, пасынков опор. Эти естественные заземлители могут использоваться как единственные или в дополнение к устанавливаемым искусственным заземлителям. В грунтах с более высоким удельным сопротивление естественные заземлители не учитываются, а требуемые сопротивления заземлителя должны обеспечиваться только искусственными заземлителями. Значения сопротивления заземляющих устройств воздушных линий 3-35 кВ должны обеспечиваться только применением искусственных заземлителей.

4. Методики расчета заземления.

Расчет начинается с исходных данных. Исходные данные:

1) электрические параметры:

- напряжение заземляемого оборудования;

- ток замыкания на землю в электроустановках напряжением выше 1 кВ;

- суммарная мощность параллельно работающих генераторов или трансформаторов;

2) план размещения заземляемого оборудования;

3) сведения о грунте в котором предполагается размещать заземлитель (удельное сопротивление или тип грунта);

4) сведения о естественных заземлителях.

Порядок расчета заземления.

1) Определяется допустимое сопротивление заземлителя R_Д либо в соответствии с нормами, либо по допустимому напряжению прикосновения R_ДU_ПРДОП(t)/(I_З1).

2) Определяется сопротивление естественных заземлителей R_Е. R_Е может определятся либо путем измерений, либо расчетным путем. Если используется трубопровод или оболочка кабеля, то

где: l - длина конструкции, м;

d - диаметр конструкции, м;

t - глубина заложения конструкции, м.

Если в качестве естественного заземлителя используются опоры воздушных линий, то

где: l - расстояние между опорами, м;

n_Л - число линий отходящих или подходящих к подстанции;

n_Т - число грозозащитных тросов;

R_ОП - сопротивление заземления опоры, Ом;

S - поперечное сечение грозозащитных тросов, мм.

3) Сопоставляется R_Е и R_Д, если R_Е R_Д, то искусственный заземлитель не требуется, если же R_Е > R_Д, то параллельно с естественным заземлителем необходимо подключать искусственные заземлители, и требуемое сопротивление искусственных заземлителей R_И определяется по формуле:

R_И=R_ЕR_Д/(R_Е-R_Д)

Если естественные заземлители отсутствуют, то R_И не должно превышать R_Д.

4) Выбор метода расчета заземления.

В настоящее время применяют два метода расчета заземления:

Первый метод: метод коэффициента использования электродов. Этот метод предусматривает однородную структуру грунта и применяется для расчета простых заземлителей, то есть в сетях с малыми токами замыкания на землю (до 1 кВ).

Второй метод: метод наведенных потенциалов, этот метод предусматривает двухслойную структуру грунта (электроды в различных слоях) и применяется для расчета сложных заземлителей при больших токах замыкания на землю в сетях с эффективно заземленной нейтралью.

Метод коэффициента использования электродов.

5) Выбирается тип и размеры заземлителей, вертикальных электродов, прутки, уголки и т.д.

6) Определяется расчетное удельное сопротивление грунта _Р (либо по таблице, если известен тип грунта, либо если известно измеренное значение удельного сопротивления _И, то _Р определяется по формуле:

_Р=_Иi

где _i - коэффициент сезонности, учитывающий влажность грунта в период времени >1.

7) Определяется сопротивление току растекания одного вертикального электрода:

- электрод у поверхности:

круглого сечения

уголкового сечения

- углубленное расположение (0.7 м и больше, ниже зоны промерзания грунта):

круглого сечения

уголкового сечения

t=t₀+0.5L, где t₀ - глубина промерзания.

8) Сопоставляется R₁ и R_И, если R₁ R_И, то одного электрода достаточно, если R₁ > R_И, то параллельно необходимо использовать несколько вертикальных электродов. Их количество определяется по формуле:

n=R₁/(R_И^._Э),

где _Э - коэффициент экранирования (взаимного влияния) электродов <1.

Если в грунте один электрод - свободное стекание тока, распространение равномерное.

Если в грунте несколько электродов - свободное стекание тока ограничено, распространение не равномерное.

Коэффициент экранирования зависит от количества электродов, расстояния между ними, плана расположения электродов, соотношения a/L, где а - расстояние между электродами, L - длина электрода. Обычно это соотношение выбирают 1.

9) Определим длину горизонтального электрода:

- если электроды расположены в ряд, то L_Г=a(n-1);

- если электроды расположены по контуру охватывающему площадку, то L_Г=an;

10) Определяем сопротивление току растекания горизонтальных электродов:

- если горизонтальные электроды круглого сечения, то

,

где d - диаметр электрода;

t - расстояние от поверхности до середины электрода;

- если горизонтальные электроды плоского сечения, то

,

где b - ширина полосы;

t - расстояние от поверхности до середины электрода.

11) Определяем коэффициент экранирования горизонтального электрода в зависимости от количества электродов, расстояния между ними, плана расположения электродов, и соотношения a/L.

12) Определяем эквивалентное сопротивление вертикальных и горизонтальных электродов R'_И (сопротивление искусственного заземлителя):

R'_И=R_ГR₁/(R_1ЭГ+R_Гn_Э).

R'_И сопоставляется с R_И, если R'_И R_И то расчет заканчивается, если больше то следует увеличить количество вертикальных электродов.

13) Определяется эквивалентное сопротивление заземлителя, искусственного и естественного:

R_З= R_ИR_Е/(R_И+R_Е) или R_З= R'_ИR_Е/(R'_И+R_Е).

Должно выполнятся условие R_З R_ДОП.

14) Составляется план расположения заземлителей с привязкой к оборудованию.

Метод наведенных потенциалов.

Применяется при расчетах сложных заземлителей в электроустановках с большими токами замыкания на землю. Расчет по методу наведенных потенциалов ведется по конструктивным параметрам заземлителя: корень квадратный из площади занимаемой заземлителем; общей длине всех горизонтальных электродов - L_Г; длине вертикальных электродов L; среднему значению расстояния между вертикальными электродами a_СР; неоднородность грунта учитывается коэффициентом , =₁/₂, где ₁ и ₂ удельное сопротивление верхнего и нижнего слоев грунта соответственно.

1) Сначала в масштабе изображается план площадки с нанесением контуров оборудования.

По контуру и внутри площадки прокладываются горизонтальные электроды.

Выбирается глубина заложения горизонтальных электродов H, h - толщина верхнего слоя грунта, удельное сопротивление которого ₁.

Определяется суммарная длина горизонтального заземлителя L_Г.

Затем выбирается среднее расстояние между вертикальными электродами. Электроды располагаются по контуру площадки и обязательно по углам. Определяется количество вертикальных электродов n.

Затем рассчитывается обобщенный параметр Т:

если <2, то берется ;

если 2, то берется ;

2) Определяется значение промежуточных обобщенных параметров С_В, Е_В, С, Е в зависимости от .

3) Определяются значения параметров В и :

; .

4) Определяется сопротивление заземлителя по формуле:

.

5) Полученое значение R_З не должно превышать требуемого значения R_И, если R_З>R_И то необходимо большее количество горизонтальных или вертикальных электродов.

6) Определяем сопротивление всего заземлителя, как параллельное соединение R_З и R_И при этом R_ЗR_ДОП.

Если заземлитель выполнен выносным, то есть расстояние от оборудования до заземлителя большое, то необходимо определить сопротивление заземлителя и добавить сопротивление соединяющего их электрода, и общее сопротивление R_ОБЩ должно быть не более R_ДОП.

Этот метод справедлив при следующих ограничениях: Т₁=0.1...40; Т₂=0.05...40; L=5...20 м; а_СР/L=0.5...4; H=0.4...0.8 м; h=1...5 м; S=400...10000 м²; .

Если условия не выполняются то расчет вести по графикам приведенных в книге [3] или Рябков Е.Я. "Заземлители в устройствах высокого напряжения".

Примечание: при расчетах сплошных заземлителей с большими токами растекания применяются следующие проверки:

1) Определение напряжения на заземлителе при стекании тока I_З:

U_З=I_З^.R_З10 кВ

2) Определение напряжения прикосновения:

U_ПРИК=I_З^.R_З^.₁ U_{ПРИК.ДОП.}(t)

₁ - коэффициент напряжения прикосновения:

,

где М - параметр зависящий от , выбирается по таблице;

t - время от возникновения замыкания на корпус (землю) до полного отключения напряжения. Время равное времени срабатывания релейной защиты плюс время срабатывания выключателя.

3) Контроль термической стойкости заземлителя. При стекании с заземлителя больших токов может произойти местный нагрев в месте контакта заземлитель - грунт, при этом грунт подсыхает и увеличивается его удельное сопротивление, в следствие чего увеличивается сопротивление заземлителя и напряжение на заземлителе.

,

где S_З - площадь боковой поверхности заземлителя [мм²], то есть площадь соприкосновения заземлителя с грунтом;

I - ток [A];

- выбирается большее из 1 и 2 [Омм];

t - время отключения замыкания [c].

- для вертикального заземлителя.

4) Проверка термической стойкости заземляющих проводников.

При протекании больших токов, металлические проводники нагреваются, в результате чего увеличивается активное сопротивление, следовательно увеличивается сопротивление заземлителя:

где S_n - сечение проводника [мм²];

- постоянный множитель, зависит от материала проводника, сталь - 21, алюминий - 74, медь - 172 ;

- допустимая температура нагрева проводника, для стали 400^ОС.

5) Составляется план оборудования с привязкой к оборудованию.

Контроль заземляющих устройств.

Контроль выполняется для заземлителей подстанций один раз в три года, для цеховых установок - один раз в год.

Контроль включает внешний осмотр, выборочное вскрытие грунта и проверка состояния подземной части металлоконструкций, измерение сопротивления току растекания, измерение удельного сопротивления грунта (для заземлителей воздушных линий).

Методы измерения сопротивления заземлителя.

Для измерения сопротивления заземлителя необходимы два дополнительных электрода: токовый - который служит для пропускания тока через испытуемый заземлитель; и потенциальный - который располагается в точке нулевого потенциала и предназначен для измерения падения напряжения на заземлителе.

Они должны располагаться на таком расстоянии, чтобы поля растекания не накладывались. Эти расстояния зависят от диагонали основного заземлителя.

Если d>40 м, то а принимается больше d;

Если d от 10 до 40 м, то а принимается >40 м;

Если d< 10 м, то а принимается >20 м.

Для измерения сопротивления заземлителя применяются две схемы.

1) Схема амперметра - вольтметра.

Достоинства этой схемы в том, что можно измерить сопротивление в режимах близких к реальным. Измерения в грунте должны вестись на переменном токе.

Требование к схеме: вольтметр - должен быть вольтметром, то есть должен иметь большое внутреннее сопротивление.

2) Схема с использованием измерителей заземления.

1-4 - токовые клеммы;

2-3 - потенциальные.

С перемычкой: включаем сопротивления проводников.

Без перемычки: не включаем сопротивления проводников.

Измерение удельного сопротивления грунта выполняется двумя методами:

- метод пробного или контрольного электрода, при этом методе в испытуемом грунте помещается электрод с известными геометрическими размерами, измеренным сопротивлением току растекания и по известной формуле определяется ;



- метод вертикального электродного зондирования (ВЭЗ). Для измерения применяется симметричная четырех электродная схема Вендера: в испытуемом грунте на одинаковом расстоянии располагают четыре одинаковых электрода, крайние токовые, средние - потенциальные.

Либо применяется измеритель заземления М416.

=2aR,

где R - измеренное сопротивление.

ЗАНУЛЕНИЕ. ДРУГИЕ ЗАЩИТНЫЕ МЕРЫ АВАРИЙНОГО РЕЖИМА В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ.

1. Зануление в электроустановках.

1.1. Условие применения, принципы защиты, определения.

1.2. Назначение элементов схемы.

1.3. Требование к занулению.

1.4. Методика расчета зануления.

1.5. Контроль зануления.

2. Защитное отключение.

3. Двойная изоляция.

4. Защитное изолирование рабочего места.

Литература: [1] стр. 152-172; 2 стр.222-280;4 стр. 52-53, 66-73; 5 стр. 87-107.

ГОСТ 12.1.030-81*.

1. Зануление в электроустановках.

1.1. Условие применения, принципы защиты, определения.

Зануление - это преднамеренное соединение металлических корпусов электроустановок с глухо-заземленной нейтралью в трехфазных сетях, с заземленным полюсом в однофазных сетях переменного тока и с заземленной средней точкой в сетях постоянного тока при напряжении до 1 кВ.

Принципы защиты зануления: превращение замыкание на корпус в короткое замыкание, от тока которого срабатывает МТЗ и селективно отключает поврежденное оборудование или участок сети.

Схема с заземленным нулевым проводом.

I_З=U_Ф/(R_Р+R_З); U_{КОРП 2}=U_ФR_З/(R_Р+R_З); U_{КОРП 1}=U_Н=I_ЗR_Р=U_ФR_Р/(R_Р+R_З).

Нежелательно и опасно иметь в одной и той же сети зануленные и заземленные корпуса.

Из схемы следует, что все провода нулевые, провода по отношению к земле окажутся под напряжением.

1.2. Назначение элементов схемы.

Схема зануления включает:

- нулевой провод питающей сети. Нулевой провод может быть рабочим, который служит только для получения фазного напряжения, защитным - только для защиты (в этом случае схема пяти-проводная) - сеть с совмещенным нулевым проводом;

- устройство МТЗ, служит для быстрого отключения поврежденной электроустановки;

- рабочее заземление нулевого провода, позволяет уменьшить напряжение по отношению к заземлителю при протекании по нему тока короткого замыкания;

- повторное заземление нулевого провода, выполняется на некотором расстоянии от подстанции, что позволяет еще более уменьшить напряжение нулевого провода и заземлителя при замыкании на корпус в случае исправной сети зануления и несколько уменьшить опасность при обрыв нулевого провода, между точкой присоединения поврежденного корпуса и подстанции.

1 случай: U_К=U_ФR_П/(R_Р+R_П);

2 случай: U_К за обрывом=U_ФR_П/(R_Р+R_П);

U_К до обрыва=U_ФR_Р/(R_Р+R_П).

1.3. Требования к занулению. Конструктивно требования к занулению такие же как и к заземлению. Специфическим является требование к кратности тока:

- проводники зануления должны выделятся так, чтобы при замыкании на корпус или нулевой провод возникал ток однофазного короткого замыкания превышающий не менее чем в три раза номинальный ток плавкой вставки предохранителя или автомата с тепловым расцепителем. При защите электросети с электромагнитным расцепителем кратность тока 1.1, а при отсутствии паспортных данных 1.4 для автоматов с номинальным током до 100 А и 1.25 для прочих;

- требование по проводимости нулевого провода: проводимость нулевого провода должна составлять не менее 50% фазного провода, Z₀2Z_Ф;

- требование по непрерывности нулевого провода. Должна обеспечиваться непрерывность нулевого провода от каждого корпуса до нейтрали источника питания. В связи с этим в нулевой провод (защитный или совмещенный) запрещается встраивать коммутационные аппараты и устройства МТЗ. Допускается встраивать коммутирующие аппараты, которые вместе с нулевым проводом отключают и все фазные;

- требование к рабочему заземлению. Сопротивление рабочего заземления не должно превышать значений приведенных в таблице;

- требование к повторному заземлению нулевого провода. Повторное заземление нулевого провода выполняется на концах воздушных линий и ответвлений от них длиной 200 м и выше, а также на вводах воздушных линий в здания, электроустановки которых подлежат заземлению. При размещении электроустановок вне здания расстояние от электроустановки до заземлителей рабочего или повторного заземлений не должно превышать 100 м; для кабельных линий повторного заземления не требуется. Сопротивления повторных заземлителей не должны превышать значений приведенных в таблице: