Глава XVIII
ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
§ 61. Общие сведения
Повреждение изоляции электрооборудования сопровождается переходом напряжения на те части установки, которые при нормальных условиях не находятся под напряжением. В результате этого создается опасность поражения электрическим током. Прикосновение к оборудованию с поврежденной изоляцией вызывает прохождение тока через тело человека на землю.
Токи величиной от 0,05 до 0,1 а опасны для человека, а токи выше 0,1 а смертельны.
Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от электрического сопротивления тела и приложенного к нему напряжения. Сопротивление тела человека колеблется в широких пределах: от нескольких сотен до тысяч Ом. Поэтому опасность для жизни и здоровья человека могут представлять установки и с относительно небольшим напряжением по отношению к земле.
Одной из основных мер защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к установкам, случайно оказавшимся под напряжением, является устройство защитного заземления.
Заземлением называют преднамеренное электрическое соединение какой-либо части установки с землей. Это соединение выполняют при помощи заземлителей и заземляющих проводников.
Заземлителем называют металлический проводник или группу проводников (электродов), заложенных в грунт.
Заземляющими проводниками называют металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с заземлителями.
Заземляющим устройством называют совокупность заземлителей и заземляющих проводников.
Безопасность людей достигается только в том случае, если заземляющее устройство будет иметь во много раз меньшее сопротивление, чем наименьшее сопротивление тела человека.
Заземляющее устройство должно быть выполнено таким образом, чтобы его сопротивление лежало в тех пределах, которые определены предварительным расчетом.
Наибольшие допустимые величины сопротивления заземляющих устройств в зависимости от напряжения установки, величины токов замыкания на землю, наличия заземления нейтрали и некоторых других условий установлены действующими Правилами устройства электроустановок.
При наличии заземления человек, прикасающийся к поврежденной установке, оказывается как бы зашунтированным сопротивлением заземляющего устройства, при этом часть тока, проходящая через человека, не достигает опасной для него величины.
Кроме обеспечения минимального сопротивления заземляющего устройства, не менее важным является равномерное распределение потенциала вокруг защищаемого аппарата и по площади всей электроустановки (например, подстанции).
На рис. 183 изображены кривые падения потенциала и растекания тока в земле от одного заземлителя в случае протекания по нему тока в землю от аппарата с поврежденной изоляцией. Наивысший потенциал (Uз) имеют заземлитель, соединенный с корпусом поврежденного аппарата, и грунт, соприкасающийся с заземлителем.
По мере удаления от заземлителя потенциал на поверхности земли падает, достигая нулевого значения (за пределом радиуса 15—20 л). Сопротивление грунта на этом расстоянии называют сопротивлением растеканию.
Человек, прикасающийся к корпусу аппарата с поврежденной изоляцией, оказывается под напряжением, величина которого определяется падением потенциала на участке между точкой прикосновения его к аппарату и точкой касания земли ногами (участок длиной около 0,8 м). Это напряжение называют напряжением прикосновения (Uприк).
Между ступнями человека, приближающегося к поврежденному аппарату, также будет разность потенциалов, называемая напряжением шага (ί/шаг), величина которого зависит от ширины шага (в расчетах ширину шага принимают равной 0,8 м) и расстояния до места повреждения.
При устройстве заземления необходимо, чтобы Uприк и Uшаг были возможно меньшими.
Заземлению подлежат:
корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников;
приводы электрических аппаратов;
вторичные обмотки измерительных трансформаторов;
каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;
металлические опоры воздушных линий и открытых РУ;
металлические конструкции подстанций и распределительных устройств, металлические оболочки кабелей и проводов, стальные трубы электропроводок и т. п.
Рис. 183. Падение потенциала и растекание тока в земле от одиночного трубчатого заземлителя
§ 62. Устройство заземления
При устройстве заземления используют естественные и искусственные заземлители.
Естественными заземлителями служат металлические конструкции, трубопроводы и оборудование, имеющее надежное соединение с землей.
Искусственные заземлители выполняют из стальных труб диаметром 35—50 мм или угловой стали с толщиной полок не менее 4 мм, длиной 2,5—3 м, забиваемых в грунт на глубину 3—3,5 м. Забитые в грунт заземлители на глубине не менее 0,3 м соединяют между собой стальными полосами сечением не менее 48 мм2, благодаря чему образуется единый сложный заземлитель.
Наиболее равномерное распределение потенциала на площади установки и снижение достигаются устройством сложных контурных заземлителей, которые являются основным типом заземлителей на электрических станциях и подстанциях (рис. 184). На рис. 185 показан контурный заземлитель вокруг открытой подстанции.
Рис. 184. Распределение потенциала при контурном заземлителе: а — план контурного заземлителя; б — распределение потенциала
Рис. 185. Контурный заземлитель подстанции с уравнительными полосами на открытой части
Помимо основного контурного заземлителя из электродов и полос, охватывающих территорию установки, на открытой ее части прокладывают уравнительные заземляющие полосы, которые соединяют с основным контурным заземлителем. К уравнительным полосам присоединяют заземляющие проводники от заземляемых частей установки. Уравнительные полосы обеспечивают выравнивание потенциала при повреждении изоляции заземленных элементов.
В закрытой части выполняют внутренние магистрали заземления из полосовой или круглой стали сечением не менее 24 мм2, которые прокладывают неизолированно по стенам во всех помещениях и связывают между собой и с заземлителем. Для надежности и уменьшения сопротивления внутреннюю сеть заземления связывают с заземлителем в нескольких местах.
Каждый заземляемый аппарат, машину, кабель присоединяют к магистрали заземления отдельным заземляющим проводником.
Все соединения в заземляющем устройстве сваривают.
Открыто проложенные заземляющие проводники (магистрали, ответвления, соединения) окрашивают в черный цвет. Допускается окраска и в другие цвета. В этих случаях на видных местах и в местах присоединения на заземляющие проводники наносят черной краской кольца.
Контрольные вопросы
- Чем обусловлена возможность поражения людей электрическим током при повреждении изоляции токоведущих частей электрооборудования и что является основным средством защиты в этом случае?
- Что называется заземлением, из каких основных элементов оно состоит, какие требования к нему предъявляются?
- Определите понятия: сопротивление растеканию, напряжение прикосновения, напряжение шага.
- Что подлежит обязательному заземлению в электроустановках?
- Из какого материала выполняются и как помещаются в грунт искусственные заземлители? Укажите минимальные размеры и сечения заземлителей, расстояния между ними и глубину их заложения в грунт.
- Как выполняется контурный заземлитель для ЗРУ и ОРУ?
- Как выполняется внутренняя сеть заземления?
- Как присоединяют заземляемые аппараты, машины, кабели к магистрали заземления?
- Как выполняют соединения в заземляющих устройствах и в какой цвет окрашивают открыто проложенные заземляющие проводники?
