ГЛАВА X МОНТАЖ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
§ 41. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАЗЕМЛЕНИЯХ
Заземляющие устройства или заземления служат для защиты персонала от поражения электрическим током при возникновении напряжения на частях аппаратов, нормально не находящихся под напряжением, для обеспечения нормальной работы электроустановок, а в ряде случаев для защиты электроустановок при нарушении установленных для них режимов работы.
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Заземлителем считается металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.
Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановок с заземлителем.
Заземление какой-либо части электроустановки — это преднамеренное электрическое соединение ее с заземляющим устройством.
Сопротивлением заземляющего устройства называется сумма сопротивлений, слагающаяся из сопротивления заземлителя относительно земли и сопротивления заземляющих проводников.
Напряжением относительно земли при замыкании на корпус считается напряжение между этим корпусом и точками земли, находящимися вне зоны растекания токов в земле, но же ближе 20 мм.
Замыкание на землю — это случайное электрические соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или с землей непосредственно.
Током замыкания на землю является ток, проходящий через землю в месте замыкания.
Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (трансформаторы тока и др.).
Изолированной нейтралью считается нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, а также обладающие большим сопротивлением (трансформаторы напряжения и др.).
При повреждении изоляции электрического, аппарата (магнитного пускателя, силового трансформатора, высоковольтного выключателя и т. п.) между находящимся под напряжением поврежденным участком оборудования и его заземленной частью может образоваться электрическая цепь, по которой потечет электрический ток замыкания на землю. Величина тока замыкания на землю зависит от системы сети, ее мощности, протяженности и от сопротивления цепи замыкания.
Ток замыкания потечет через заземленный металлический корпус оборудования к заземлителю, а через него в землю. В земле ток растекается во все стороны равномерно (если грунт однороден) или с некоторой неравномерностью (если грунт неоднороден). Растекаясь в земле, ток удаляется от заземлителя, при этом плотность тока уменьшается, так как объем земли, в котором он растекается, увеличивается по мере удаления от заземлителя.
Поскольку плотность тока у поверхности заземлителя наибольшая, то падение напряжения в земле в этом месте также будет наибольшим. По мере удаления от заземлителя напряжение уменьшается и на расстоянии примерно 15—20 м становится столь незначительным, что его можно принять практически равным нулю.
Поэтому за точки «нулевого потенциала»1 принимают точки земли, отдаленные от заземлителя на расстояния, превышающие 20 м.
Сопротивление заземлителя относительно земли2 определяется как отношение напряжения на заземлителе относительно земли к току, проходящему через заземлитель в землю, т. е.
где U3 — напряжение на заземлителе по отношению к земле (имеющей потенциал, равный нулю);
/3 —ток замыкания на землю.
Защитным заземлением называется предназначенное для обеспечения безопасности устройство, в котором нормально не находящиеся под напряжением металлические части оборудования преднамеренно заземлены при помощи заземляющих проводников и заземлителей. Такое устройство может рассматриваться как защитное заземление только в том случае, когда оно выполнено с соблюдением соответствующих требований и норм.
В электроустановках напряжением до 1000 в с изолированной нейтралью применяется защитное заземление (рис. 198, а). В заземлении этого вида при повреждении изоляции заземленного оборудования или электроустановки ее металлические части оказываются присоединенными к линии.
Рис. 198. Схемы заземлений:
я — в сети с изолированной нейтралью в электроустановках напряжением до 1000 в, б — а сети с заземленной нейтралью (система «зануления»). в — в сети зануления при отсутствии металлической связи между корпусом оборудования и нейтралью трансформатора
В случае прикосновения к ним для тока открываются два пути: через тело прикоснувшегося и через заземление. Чем меньше будет сопротивление цепи заземления, тем большая часть тока будет проходить по этой цепи.
При достаточно малом сопротивлении заземления почти весь ток замыкания проходит через заземление и только небольшая, а поэтому и совершенно неопасная для человека часть тока проходит через тело прикоснувшегося.
В электрических установках напряжением 380/220 и 220/127 в с заземленной нейтралью применяют систему, при которой проводники заземления и элементы электроустановки, подлежащие заземлению, соединены с заземленной нейтралью трансформатора или генератора (рис. 198,6). При таком соединении каждое замыкание токоведущих частей превращается в короткое замыкание, вызывающее отключение аварийной установки ближайшим предохранителем или автоматом. Эта система носит название «зануление».
Применение в электроустановках напряжением до 1000 в с заземленной нейтралью системы «зануления» вызвано тем, что обычное заземление оборудования в этих условиях не обеспечивает требуемой безопасности.
При отсутствии в системе «зануления» металлической связи с нейтралью трансформатора (рис. 198, в) замыкание будет сопровождаться током, который не всегда будет достаточным, чтобы вызвать отключение автомата или перегорание предохранителя.
Для заземления электроустановок различных назначений и различных напряжений следует применять одно общее заземляющее устройство. При этом общее заземляющее устройство должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к тому из заземлений, которое имеет меньшее сопротивление. Так, например, при создании общего заземляющего устройства для двух электроустановок, сопротивления заземления которых должно быть не более 4 и не более 10 Ом, сопротивление общего заземления должно быть нс более 4 Ом.
Электроустановки напряжением до 1000 в допускаются как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью.
В электроустановках с глухозаземленной нейтралью обязательна металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки. Применение заземления корпусов электрооборудования без металлической связи с нейтралью трансформатора запрещается.
В четырехпроводных сетях переменного тока обязательно должно быть осуществлено глухое заземление нейтрали.
При напряжениях 500 в и выше заземление электроустановок выполняется в обязательном порядке во всех случаях. При напряжении выше 36 в переменного тока и выше 110 е постоянного тока защитное заземление применяют в наружных установках, а также в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.
Заземления электроустановок не требуется при номинальных напряжениях 36 в и ниже переменного тока; 110 в и ниже постоянного тока.
Заземлению подлежат корпуса трансформаторов, аппаратов, электрических машин, светильников, пусковой аппаратуры, приводы разъединителей, высоковольтных выключателей, вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения; каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, металлические конструкции распределительных устройств. металлические кабельные конструкции, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и брони контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, стальные трубы электропроводки, арматура железобетонных опор воздушных линий.
Заземлению не подлежат: арматура подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установках их на деревянных опорах линий электропередачи и на деревянных конструкциях открытых подстанций (если это истребуется по условиям защиты от атмосферных перенапряжений), оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях (при этом опорные поверхности в месте соприкосновения оборудования с конструкцией должны быть тщательны зачищены для обеспечения между ними надежного электрического контакта), корпуса электроизмерительных приборов (амперметров, вольтметров и др), реле и т. п„ установленных на щитах, щитках, шкафах, а также на стенах камер распределительных устройств, съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах и камерах распределительных устройств, ограждений, шкафов, дверей и т. п.
