Що таке заземлення і як його правильно зробити

Реферат на тему:

«Заземление электрооборудования»

Заземление электрооборудования

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

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

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

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

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

Назначение защитного заземления.

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

Защитное заземление – это параллельное включение в электрическую цепь заземлителя со значительно меньшим сопротивлением R_з<<R_r (рис. 3.3.4.6)

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

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

  (3.4.21)

где, R_r – сопротивление тела человека, Ом

I_общ  – общий проходящий ток через два заземлителя (тело человека и заземлитель), Ом;

R_общ – общее сопротивление заземлителей, Ом.

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

 (3.4.22)

 (3.4.23)

После подстановки значений R_общ и I_общ   в формулу / 3.4.21/ получим

 (3.4.24)

Пример.

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

Допустим, что сопротивление пола и обуви: R_п = R_об = 0 R_u = 3000 Ом

При отсутствии заземления ток поражения:

 А

При наличии защитного заземления:

 А

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

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

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

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

В зависимости от расположения заземлителей относительно заземленного оборудования, заземляющие устройства подразделяют на выносные и контурные (рис 3.4.7). Заземлители выносного заземляющего устройства выносятся на некоторое удаление от заземляемого оборудования. Контурное заземляющее устройство обеспечивает более высокую степень защиты, так как заземлители располагаются по контуру всего заземляемого оборудования.

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

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

На практике заземление осуществляется в следующем порядке:

– выбирается заземляющее устройство (искусственное или естественное);

– рассчитывается заземляющее устройство;

-отдельные электроды (заземлители) объединяются в одно общее заземляющее устройство;

– корпуса электроустановок соединяются с заземляющим устройством;

-составляется документация для приемки заземляющего устройства в эксплуатацию.

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

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

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

(3.4.25.)

где Qэ – удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом • м;

 s — площадь, ограниченная периметром зда­ния, м².

Удельное эквивалентное электрическое сопротивление

,  (3.4.26.)

где Q1; Q2—удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоя земли, Ом-м; h1—толщина верхнего слоя земли, м; a, b—безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли. Если Qi>Q2, то a=3,6, b=0,1; если Q1<Q2, то a=1,1 ×10², b=0,3×10^-2.

Под верхним слоем следует понимать слой земли, удельное сопротивление которого Q1 более, чем в два раза, отличается от удельного электрического сопротивления нижнего слоя Q2. Расчет заземляющего устройства начинается с определения сопротивления грунта (сопротивление 1 см ³ грунта). Значения удельных сопротивлений различных грунтов могут быть названы лишь приблизительно, так как зависят не только от вида грунта, но и от его влажности и атмосферных условий. Примерные значения удельного сопротивления некоторых грунтов в естественных условиях приведены ниже:

Вид грунта Удельное сопротивление

p, Ом • м

Песок
400 и более

Супесок
300

Суглинок ,  100

Глина
60.

Чернозем 50

 Торф 20

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

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

 (3.4.27)

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

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

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

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

Количество стержней п заземляющего устройства находим по формуле

 (3.4.28)

где r_о—допускаемое сопротивление заземляющего устройства, принимаемое менее 4 Ом.

Заземлитель из n₁ длинных электродов длиной 1₁ по сравнению с заземлителем из n₂ коротких электродов длиной l₂ при одинаковом их расходе {п₁ l₁==п₂ l₂} обеспечивает более низкое сопротивление из-за меньшего взаимного влияния электродов при меньшем их числе. Для определения сопротивления очага вертикальных заземлителей необходимо знать расположение и расстояние а между ними:
a=(1…3)l

Сопротивление вертикальных заземлителей:

(3.4.29)

где η — коэффициент использования (экранизации) вертикаль­ных электродов.

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

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

 (3.4.30)

При расположении стержней в ряд, длина полосы

(3.4.31)

Таблица 3.4.2

Сопротивление полосы связи

(3.4.32)

где h — глубина заложения полосы, м.

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

 (3.4.33)

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

Таблица 3.4.3.

Таблица 3.4.4.

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

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

Горизонтальные полосовые заземлители в виде лучей, колец или контуров используются как самостоятельные заземлители или как элементы сложного заземлителя из горизонтальных и вертикальных электродов. Для горизонтальных заземлителей применяется полосовая сталь сечением не менее 48 мм² и толщиной 4 мм и круглая сталь диаметром не менее 10 мм.

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

Соединение элементов заземляющих устройств осуществляется с помощью сварки, а корпуса машин и аппаратов соединяются с проводниками заземляющих устройств сваркой, надежными болтовыми соединениями. Минимальное поперечное сечение заземляющих голых медных проводов должно быть 4 мм², алюминиевых – 6 мм², стальных – 24 мм². Сечение изолированных медных проводов должно быть не менее 1,5 мм², алюминиевых — 2,5 мм².

Заземляющие проводники, расположенные в помещениях, должны быть доступны для осмотра, защищены от коррозии. Каждый заземляемый элемент установки должен быть присое­динен к заземлителю или заземляющей магистрали посредством отдельного ответвления (параллельное заземление). Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых частей установки запрещается. При приемке в эксплуатацию каждого заземляющего устройства необходимо иметь: паспорт, включающий исполнительные чертежи и схемы заземляющего устройства с указанием расположения подземных коммуникаций; акты на подземные работы по укладке элементов заземляющего устройства; протоколы приемо-сдаточных испытаний заземляющего устройства.

Измерение сопротивления заземляющих устройств производится в первый год эксплуатации, а в дальнейшем – не реже одного раза в три года, для цеховых электроустановок – не реже одного раза в год. Измерение сопротивления заземлителей, удельного сопротивления грунта проводится в периоды наименьшей проводимости (летом, зимой). Срок службы заземлителей — 25-30 лет.