книги / Методы и средства защиты человека от опасных и вредных производственных факторов

Таблица 7.4

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

* Диаметр каждой проволоки.

В случае опасности коррозии заземляющих устройств, следует выполнять одно из следующих мероприятий:

•увеличение сечения заземлителей и заземляющих проводников с учетом расчетного срока их службы;

•применение заземлителей и заземляющих проводников с гальваническим покрытием или медных.

При этом следует учитывать возможное увеличение сопротивления заземляющих устройств, обусловленное коррозией.

Размещают электроды в соответствии с проектом. Заземлители не следует устанавливать вблизи горячих трубопроводов и других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна пропитка грунта нефтью, маслами

итому подобными веществами, поскольку сопротивление грунта резко возрастает.

111

112

У мест ввода заземляющих проводников в здания должен быть предусмотрен

опознавательный знак .

Соединения и присоединения заземляющих проводников должны быть надежными и обеспечивать непрерывность электрической цепи. Соединения стальных проводников рекомендуется выполнять посредством сварки. Допускается в помещениях и в наружных установках без агрессивных сред соединять заземляющие проводники другими способами, обеспечивающими требования ГОСТ 10434 «Соединения контактные электрические. Общие технические требования» ко 2-му классу соединений.

Соединения должны быть защищены от коррозии и механических повреждений. Для болтовых соединений должны быть предусмотрены меры против ослабле-

ния контакта.

Присоединения заземляющих проводников к открытым проводящим частям должны быть выполнены при помощи болтовых соединений или сварки.

Присоединения оборудования, подвергающегося частому демонтажу или установленного на движущихся частях или частях, подверженных сотрясениям и вибрации, должны выполняться при помощи гибких проводников.

При использовании естественных заземлителей для заземления электроустановок контактные соединения следует выполнять методами, предусмотренными ГОСТ 12.1.030 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление».

Места и способы присоединения заземляющих проводников к протяженным естественным заземлителям (например, к трубопроводам) должны быть выбраны такими, чтобы при разъединении заземлителей для ремонтных работ ожидаемые напряжения прикосновения и расчетные значения сопротивления заземляющего устройства не превышали безопасных значений.

Присоединение каждой открытой проводящей части электроустановки к защитному заземляющему проводнику должно быть выполнено при помощи отдельного ответвления.

Для соединения различных заземлителей (естественных, искусственных), а также проводящих частей, расположенных в здании, используют главную зазем-

ляющую шину (ГЗШ).

Главная заземляющая шина может быть выполнена внутри вводного устройства электроустановки напряжением до 1 кВ или отдельно от него. Внутри вводного устройствa в качестве главной заземляющей шины следует использовать шину PE. При отдельной установке главная заземляющая шина должна быть расположена в доступном, удобном для обслуживания месте вблизи вводного устройства.

Сечение отдельно установленной главной заземляющей шины должно быть не менее сечения PE (PEN)-проводника питающей линии.

Главная заземляющая шина должна быть, как правило, медной. Допускается применение главной заземляющей шины из стали, применение алюминиевых шин не допускается.

В конструкции шины должна быть предусмотрена возможность индивидуального отсоединения присоединенных к ней проводников. Отсоединение должно быть возможно только с использованием инструмента.

113

Вместах, доступных только квалифицированному персоналу (например, щитовых помещениях жилых домов), главную заземляющую шину следует устанавливать открыто. В местах, доступных посторонним лицам (например, в подъездах или подвалах домов), она должна иметь защитную оболочку — шкаф или ящик с запирающейся на ключ дверцей. На дверце или на стене над шиной должен быть нанесен знак.

Если здание имеет несколько обособленных вводов, главная заземляющая шина должна быть выполнена для каждого вводного ycтройства. При наличии встроенных трансформаторных подстанций главная заземляющая шина должна устанавливаться возле каждой из них. Эти шины должны соединяться проводником уравнивания потенциалов, сечение которого должно быть не менее половины сечения PE (PEN)-проводника той линии среди отходящих от щитов низкого напряжения подстанций, которая имеет наибольшее сечение. Для соединения нескольких главных заземляющих шин могут использоваться сторонние проводящие части, если они соответствуют требованиям ПУЭ к непрерывности и проводимости электрической цепи.

Электробезопасность будет достигнута, если напряжение, под которым человек может оказаться, прикасаясь к заземленным открытым проводящим частям (напряжение прикосновения) или только стоя на земле, не прикасаясь к открытым проводящим частям (шаговое напряжение), не будет превышать допустимых значений напряжений.

Всоответствии с выражениями (7.16), (7.19) и (7.22) можно нормировать зна-

чения α1, α2, β1, β2, Iз и Rз. Значения α1, α2, β1 и β2 зависят от многих, порой трудно учитываемых, факторов. Поэтому в соответствии с ПУЭ нормируются значения Rз

с учетом токов замыкания на землю Iз, рабочего напряжения установок U и мощности источников тока.

Наибольшие допустимые значения Rз, установленные ПЭУ:

1. В электроустановках до 1000 В в сетях с изолированной нейтралью (система IT) сопротивление заземляющего устройства Rз, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, в системе IT должно соответствовать условию

Rз ≤ Uпр Iз−1,

где Rз – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

Uпр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В в помещениях без повышенной опасности и 25 В в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках для переменного тока;

Iз – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение Rз < 4 Ом. Допускается Rз до 10 Ом, если соблюдено вышеприведенное условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ·А, в том числе суммарная мощность генераторов и трансформаторов, работающих параллельно.

Сопротивление заземляющего устройства R0 системы заземления типа TN, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы

114

источника однофазного тока, в любое время года должны быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Сопротивление заземляющего устройства системы заземления типа ТТ должно соответствовать условию

Rз Iа ≤ 50 Β,

где Rз – суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, Ом; Ia – ток срабатывания защитного устройства, А.

3. В электроустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью (6–35 кВ), т.е. при малых токах замыкания на землю, сопротивление заземляющего устройства при протекании расчетного тока замыкания на землю Iз должно быть не более:

•250/Iз ≤ 10 Ом при условии, что заземляющее устройство используется только для электроустановок напряжением выше 1 кВ;

•50/Iз ≤ 10 Ом при условии, что заземляющее устройство используется одновременно для установок напряжением до 1к В с изолированной нейтралью.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ при эффективно заземленной нейтрали (110–750 кВ), т. е. при больших токах замыкания на землю, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 0,5 Ом.

Внешний осмотр и измерение сопротивления заземляющих устройств производится при приеме в эксплуатацию и периодически в сроки, установленные «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭ ЭП), при перестановке оборудования и ремонте заземлителей.

При внешнем осмотре проверяются (с предварительной раскопкой) элементы, находящиеся в грунте. Остальные элементы проверяются в пределах, доступных осмотру. Между заземляемыми объектами и заземлителями должна быть надежная цепь, не должно быть обрывов и неудовлетворительных контактов.

Сопротивление заземляющего устройства складывается из сопротивления земли растеканию тока в объеме между заземлителем и точками земли с нулевым потенциалом, а также переходного сопротивления от заземлителя к земле и сопротивления заземлителей и заземляющих проводников. Два последних сопротивления обычно очень незначительны (порядка сотых долей) и при расчете не учитываются.

Сопротивление заземляющего устройства является его важнейшим параметром, поэтому измерение должно выполняться весьма тщательно. Сопротивление заземляющего устройства должно измеряться в периоды наименьшей проводимости земли: зимой – при наибольшем его промерзании, летом при наибольшем его просыхании.

Из всех известных методов измерения сопротивления заземляющих устройств наибольшее распространение получили:

1) методы, определяющие сопротивление заземляющего устройства по величине растекающегося электрического тока и падению напряжения на заземляющем устройстве. Наиболее известен среди методов данной группы метод амперметра– вольтметра. При измерении этими методами используются приборы типа МС-07,

МС-08, MRU-100, MRU-101;

115

и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений. При этом расчет производится обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны и начали применяться инженерные способы расчета заземлителей в многослойном грунте.

Рис.7.24. Схема распределения измерительных электродов

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается сопротивление ее верхнего слоя (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта. Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле обычно принимают двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев ρ1 и ρ2 соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h1. Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие

всостав группового заземлителя, и называемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле более трудоемкий, но дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью, т.е. в установках напряжением 110 кВ и выше.

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

•характеристика электроустановки – тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т.п.;

•план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

•формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их

вземлю;

•данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, и сведения о погодных (климатических) условиях,

117

при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны; если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщины верхнего слоя;

•данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и их сопротивления растеканию тока, полученные непосредственным измерением; если по каким-либо причинам измерить сопротивление естественного заземлителя невозможно, то должны быть представлены сведения, позволяющие определить это сопротивление расчетным путем;

•расчетный ток замыкания на землю; если ток неизвестен, то его вычисляют обычными способами, при этом следует учитывать указания, приведенные ниже;

•расчетные значения допустимых напряжений прикосновения (и шага) и время действия защиты, если расчет производится по напряжениям прикосновения (и шага).

Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства производят по заранее заданным наибольшим допустимым значениям сопротивления зазем-

ляющего устройства Rз или напряжения прикосновения Uпр.доп (и шага Uш.доп).

При использовании естественных заземлителей (которые позволяют получить значительную экономию средств), предписанных ПУЭ, сопротивление искусственного заземлителя Rи меньше требующегося Rз:

Rи = RRe–RRз ,

e з

где Rе – сопротивление растеканию тока естественного заземлителя, Ом.

Сопротивление естественных заземлителей можно вычислять по формулам для искусственных заземлителей аналогичной формы или по другим формулам, встречающимся в технической литературе. Например, сопротивление растеканию тока системы грозозащитный трос — опоры Rе, Ом (при числе опор с тросом более 20), определяют по приближенной формуле

Re = rопrт , nт

где rоп– расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных колебаний), сопротивление заземления одной опоры, Ом;

rт – активное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом; nт – количество тросов на опоре.

Для стального троса сечением s, мм2, при длине пролета l, м, активное сопротивление можно определить как

= 0,15l rт s .

При расчете искусственного заземлителя в однородной земле способом коэф-

фициентов использования его расчетное сопротивление определяют в следующем порядке:

118

•по предварительной схеме заземлителя, нанесенной на план установки, определяют длину горизонтальных и количество n вертикальных электродов;

•по соответствующим формулам, приведенным в табл. 7.1, вычисляют расчетные сопротивления горизонтальных электродов (суммарное сопротивление) Rг

иодного вертикального Rв;

•находят коэффициенты использования для вертикальных η|в и горизонтальных ηг электродов;

•вычисляют расчетное сопротивление заземлителя Rи по уравнению, в которое подставляют полученные расчетные значения n, Rг, Rв, ηв и ηг :

Рис. 7.25. К расчету сложного заземлителя в двухслойной земле: а – предварительная схема заземлителя; б – расчетная модель; ЗРУ – закрытое распределительное устройство

При расчете сложного заземлителя в двухслойной земле способом наведенных потенциалов значение Rз вычисляют в следующем порядке:

1)по предварительной схеме заземлителя (рис. 7.25, а) определяют площадь территории, занимаемой заземлителем (площадь заземлителя), S, м2; суммарную длину горизонтальных электродов Lг, м; количество n вертикальных электродов

иих суммарную длину: Lв = nlв;

2)составляют условную, так называемую расчетную модель (рис. 7.24, б), представляющую собой горизонтальную квадратную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами. Расчетная модель имеет одинаковые

с принятой схемой заземлителя: площадь S; суммарную длину горизонтальных

ивертикальных электродов и их количество Lг, n, lв, Lв; глубину заложения в землю tв, м, при погружении в однородную землю с расчетным эквивалентным удельным сопротивлением ρэ (Ом·м), при котором искомое R имеет то же значение, что

ив принятой схеме заземлителя в двухслойной земле;

119

3) вычисляют:

•длину одной стороны модели, равную S , м;

•число ячеек по одной стороне модели:

m = 2LгS –1 ;

• если m окажется дробным числом, его округляют до целого, после чего уточняют значение Lг:

Lг = 2(m +1)S ;

•длину стороны ячейки в модели: b = S / m;

•количество вертикальных электродов n, задавшись расстоянием a между ними; если n известно, вычисляет расстояние а, предварительно наметив расположение этих электродов на схеме модели (обычно их располагают по периметру

заземлителя); в этом случае n или а вычисляют по формуле nа = 4 S ;

•суммарную длину Lв вертикальных электродов Lв = nlв;

•относительную глубину погружения в землю вертикальных электродов tотн;

•относительную длину lотн верхней части вертикального заземлителя, т. е. части, находящейся в верхнем слое земли;

•расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли ρэ для сложного заземлителя (горизонтальная сетка с вертикальными электродами);

•вычисляют искомое расчетное сопротивление Rз.

7.4.6. УРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ

Уравнивание потенциалов (защитное уравнивание потенциалов) – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности.

Если в установке или в ее части требования защиты от поражения электрическим током при повреждении изоляции не могут быть выполнены посредством отключения, то необходимо предусмотреть уравнивание потенциалов. Система уравнивания потенциалов может охватывать всю установку или какую-либо ее часть.

Существуют основная и дополнительная системы уравнивания потенциалов: 1. Основная система уравнивания потенциалов. В каждом здании должны

быть объединены с основной системой уравнивания потенциалов следующие проводящие части:

•основной (магистральный) защитный проводник;

•основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим;

•стальные трубы коммуникаций зданий и между зданиями;

•металлические части строительных конструкций, система центрального отопления и системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Такие проводящие части должны быть также соединены между собой на вводе в здание.

120