Заземление силового оборудования и цеховых сетей

1. Заземление силового оборудования и цеховых сетей
2. Монтаж заземляющих и нулевых защитных проводников

Электрические сети выполняют проводниками, изолированными друг от друга и от земли. Однако в сетях имеют место утечки тока через изоляцию. Электросети представляют собой протяженный конденсатор, обкладками которого являются токоведущие проводники и земля. Между проводниками и землей проходит емкостный ток. Таким образом, между изолированными проводниками и землей всегда существует электрическая цепь, замкнутая через сопротивление изоляции и емкость сети (рис. 1). Прикосновение не только к голым, но и к изолированным частям, находящимся под напряжением, включает человека в электрическую цепь. Ток, проходящий через тело человека, будет тем больше, чем выше напряжение сети, чем больше ее емкость и меньше сопротивление изоляции.

Наибольшую опасность представляют случаи повреждения изоляции токоведущих частей, при которых доступные для прикосновения металлические корпуса

Рис. 2. Защитное металлическое соединение корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью: 1 — заземляющие проводники; 2 — заземлитель; 3 — электродвигатель, корпус которого занулен; 4 — светильник, корпус которого занулен

Рис. 1. Схема электрической цепи, обусловленная наличием сопротивления изоляции R1, и емкости С проводников в сети трехфазного тока

электрооборудования и конструкции оказываются под полным напряжением. На эти случаи для обеспечения безопасности людей предусматривают преднамеренное соединение с землей металлических корпусов электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при нарушении изоляции токоведущих частей, с помощью заземляющих проводников и заземлителей.

Ниже приведены определения терминов, относящиеся к элементам заземляющих устройств в электрических установках.

Заземлитель — проводник или совокупность металлически соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей или ее эквивалентом. Заземлители делят на искусственные и естественные.

Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем (рис. 2).

Заземляющее устройство — совокупность конструктивно объединенных заземляющих проводников и заземлителя.

Замыкание на землю — случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с нетоковедущими электропроводящими конструкциями и предметами, не изолированными от земли.

Замыкание на корпус — случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

Магистраль заземления или зануления — заземляющий (нулевой защитный) проводник с двумя или более ответвлениями.

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

3ануление — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Зона растекания тока — зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю.

3она нулевого потенциала — зона земли за пределами зоны растекания.

Напряжение на заземлителе — напряжение между заземлителем и какой-либо точкой зоны нулевого потенциала при стекании тока с заземлителя в землю.

Напряжение относительно земли — напряжение относительно точки земли, находящейся вне зоны растекания тока замыкания на землю.

Сопротивление растекания заземлителя — отношение напряжения на заземлителе к току, стекающему с него в землю.

Сопротивление заземляющего устройства — сопротивление, состоящее из сопротивления растеканию заземлителя и сопротивления заземляющих проводников.

Ток замыкания на землю — ток, проходящий в электрической цепи через место замыкания на землю.

Напряжение прикосновения — напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Шаговое напряжение — напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8 м), на которых одновременно стоит человек.

Заземленная нейтраль — нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

Изолированная нейтраль — нейтраль генератора (трансформатора), не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление.

В электроустановках до 1 кВ с заземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой постоянного тока выполняется зануление с целью обеспечения надежного автоматического отключения от электросети оборудования, имеющего поврежденную изоляцию, в минимально короткий срок.

Рис, 3. Защитное заземление:

в — в сети с заземленной нейтралью; б — в сети с изолированной нейтрзлью R3 — сопротивление заземляющего устройства; R ч — сопротивление тела человека; R и — сопротивление изоляции проводников

Для этого зануляемые части электрооборудования присоединяют к заземленному нулевому проводу сети (рис. 3, а). Как видно из рисунка, замыкание на корпус светильника является замыканием в первой фазе сети (цепь замыкания показана стрелками), что вызовет перегорание предохранителей в этой фазе, отключение светильника и снятие напряжения его корпуса. В соответствии с ПУЭ наиболее распространенные электроустановки напряжением 380/220 В выполняются с глухозаземленной нейтралью.

В электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью, а также во всех установках выше 1 кВ выполняется заземление, предназначенное для снижения тока, протекающего через тело человека, до безопасного значения. Для этого заземляющие части электрооборудования присоединяют к заземляющему устройству, сопротивление которого Rз должно быть мало по сравнению с сопротивлением тела человека (рис. 3, б).

Электрическое сопротивление тела человека изменяется от 800 до 100 000 Ом. Оно зависит от многих факторов: состояния здоровья, нервной системы, психического состояния, влажности кожи, состояния одежды, обуви и других причин.

Сопротивление заземляющих устройств в электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью согласно ПУЭ должно быть не более 4 Ом, а в электроустановках 220, 380 и 660 В с заземленной нейтралью соответственно не более 8, 4 и 2 Ом.

В электроустановках 3—35 кВ сопротивление заземляющих устройств должно быть 125//р, но не более 10 Ом (/р — расчетный ток замыкания на землю). Если заземляющее устройство одновременно используется для установок до 1 кВ, то сопротивление его не должно превышать этих значений.

Заземление или зануление выполняют во всех случаях в электроустановках переменного тока при напряжении 380 В и выше и постоянного при напряжении 440 В и выше; при напряжении 42 В и выше переменного и 110 В постоянного тока в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

Во взрывоопасных установках заземление или зануление выполняют при любых напряжениях.

Заземлению или занулению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.; приводы электрических аппаратов; вторичные обмотки измерительных трансформаторов; каркасы распределительных щитов и щитов управления, а также съемные или открывающиеся части конструкций, если на них установлено электрооборудование; металлические конструкции РУ, металлические кабельные конструкции и кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабеле!} металлические оболочки проводов, стальные трубы электропроводки, корпуса шинопроводов, лотки, короба, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней).

Указанные выше металлические части заземляют или зануляют как на стационарных, так и переносных электроприемниках.

Заземлению или занулению не подлежат корпуса электроприемников с двойной изоляцией, а также корпуса электроприемников, подключаемых к сети через разделительный трансформатор.

Рис. 4. Схема присоединения заземляющих проводников к элементам оборудования

Разрешается не выполнять преднамеренного заземления или за нулей и я корпусов электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленных на заземленных (зануленных) металлических конструкциях, щитах, шкафах, щитках, станинах станков, машин и механизмов, при условии обеспечения надежного электрического контакта с заземленными или запуленным и основаниями металлических конструкций.

Каждая заземляемая или зануляемая часть электроустановки присоединяется к сети заземления (зануления) при помощи отдельного ответвления (рис. 4). Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых (зануляемых) частей электроустановки запрещается. При этом разрешается последовательное включение нескольких стационарных металлических конструкций (рельсовых путей, обрамлений каналов, строительных ферм и колонн и т. п.), используемых в качестве заземляющих (нулевых защитных) проводников или магистралей заземления (зануления). Под один заземляющий болт на магистрали заземления (зануления) разрешается присоединять только один проводник.

Защитное отключение. Во время работы с электрифицированным инструментом рабочий неизбежно прикасается к его металлическому корпусу и переносно проводу и при неисправности их изоляция может оказаться под напряжением. В условиях монтажа электроинструмент часто подключают к шинам и щиткам с плавкими вставками, рассчитанными на большой ток. Время отключения инструмента в этих случаях из-за большого сопротивления петли фаза — нуль кабеля, питающего инструмент, может достигнуть нескольких секунд и оказаться опасным.

Во избежание этого при работе с электроинструмент той, как правило, применяют специальные защитные отключающие, устройства, обеспечивающие автоматические отключение аварийного участка электросети и инструмента при возникновении замыкания на корпус или непосредственно на землю за время не более 0,2 с.

Защитные отключающие устройства изготовляют нескольких видов и в зависимости от схемы обеспечивают: контроль изоляции фаз относительно земли, контроль непрерывности цепи заземления, защиту от перехода тока фаз на нетоковедущие части, от одно- и двухфазных замыканий на землю, а также от прикосновения к незащищенным токоведущим частям.

Наиболее широко применяют защитные отключающие устройства с трансформаторами тока нулевой последовательности (ТНП) типов С-901, ИЭ-9801, ИЭ-9807 и ЗОУП-25. Эти устройства обслуживают один или несколько инструментов 380/220 В и 50 Гц.

Чувствительность защиты при замыкании фазы на землю составляет 0,01 А при времени срабатывания 0,01—0,05 с.

Для заземления электроустановок в первую очередь используют естественные заземлители. Если эти заземлители имеют сопротивление растеканию, удовлетворяющие требованиям ПУЭ, то устройство искусственных заземлителей не выполняют.

В качестве естественных заземлителей используют железобетонный фундамент зданий и сооружений, проложенные под землей водопроводные и другие металлические трубопроводы, обсадные трубы, металлические шпунты и другие металлические конструкции, имеющие соединение с землей. Исключение составляют трубопроводы для горючих жидкостей и горючих взрывчатых газов, чугунные трубопроводы и временные трубопроводы строительных площадок.

В качестве, естественных заземлителей используют также свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле алюминиевые оболочки кабелей и голые алюминиевые провода использовать в качестве заземлителей запрещается.

Искусственные заземлители по их расположению в грунте и форме делят на:

а) заглубленные — из круглой или полосовой стали, укладываемые горизонтально на дно котлованов по периметру фундаментов (зданий, колонн, опор). При монтаже таких заземлителей отпадает необходимость выполнения трудоемких земляных работ и возможна предварительная заготовка элементов заземлителей. При укладке таких заземлителей на большой глубине используют грунты с большей электрической проводимостью и менее подверженные сезонным изменениям;

б) вертикальные — из стальных вертикально ввинчиваемых или вдавливаемых в грунт стержней из круглой стали, а также из забиваемых отрезков угловой стали;

в) горизонтальные — из круглой или полосовой стали, уложенные в траншею. Эти заземлители используют и по прямому назначению, и для связи между стержнями вертикальных заземлителей.

Для заземлителей обычно применяют круглую сталь диаметром 10—16 мм, полосовую сталь сечением 40x4 мм и угловую сталь сечением 50x50x5 мм. Трубы для этих целей применять не рекомендуется из-за их дефицита.

Длина вертикальных заземлителей принимается равной: ввинчиваемых и вдавливаемых 4,5—5 м, забиваемых 2,5 3 M.

На территориях электроустановок с большим удельным сопротивлением земли (более 200 Ом-м в наиболее неблагоприятное время года) применяют углубленные заземлители или производят искусственную обработку земли с целью снижения ее удельного сопротивления. Например, для вертикальных электродов выполняют укладку слоев соли (нитрат натрия, гидрат окиси кальция) и земли при диаметре обработки примерно 0,5 м на 7а длины электрода; после укладки каждого слоя его поливают водой; устраивают выносные заземлители, если вблизи электроустановок есть участки с меньшим удельным сопротивлением к земле. Устройство выносных заземлителей выполняют проводами или кабелями.

На территориях вечномерзлых грунтов заземлители помещают в непромерзающие водоемы или талые зоны, в том числе, искусственные, используют артезианские скважины.

В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников используют в первую очередь нулевые рабочие проводники; специально предусмотренные для этой цели проводники; металлические конструкции зданий; металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы РУ и площади галерей; шахты лифтов, подъемников, элеваторов, обрамление каналов) ; металлические стационарно проложенные трубопроводы различного назначения, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления; стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические кожухи шинопроводов, короба и лотки электропроводок. Не допускается использовать для этих целей металлические оболочки трубчатых рукавов, изоляционных трубок, металлорукавов, несущие тросы (при тросовой электропроводке), а также броню и свинцовые оболочки кабелей и проводов.

В помещениях и установках с целью выравнивания потенциала строительные металлические конструкции, стационарные металлические трубопроводы всех назначений, металлические корпуса оборудования и т. п. присоединяют к сети заземления или зануления. При этом естественные металлические контакты в сочленениях являются достаточными.

Для стационарно проложенных заземляющих проводников, как правило, применяют сталь, если для этих целей не используется нулевой провод четырехпроводной системы трехфазного тока. Наименьшие допустимые размеры заземляющих и нулевых защитных проводников, а также стальных заземлителей приведены в табл. 1 и 2.

В электроустановках напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна составлять не менее 1/3 проводимости фазных проводников, а сечение — не менее указанных в табл. 1 и 2.

В производственных помещениях с электроустановками напряжением до 1. кВ магистрали заземления из стальной полосы применяют сечением не менее 100 мм2, а напряжением выше 1 кВ — не менее 120 мм2 (допускается применение круглой стали той же проводимости).

Таблица 1. Наименьшие допустимые размеры стальных заземлителей, заземляющих и нулевых защитных проводников

Использование металлических конструкций зданий и сооружений, трубопроводов и оборудования в качестве нулевого рабочего проводника запрещается.

Для передвижных и переносных электроприемников в качестве заземляющего или зануляющего защитного проводника применяют отдельную жилу в общей оболочке с фазными жилами одинакового с ними сечения.

Таблица 2. Наименьшие допустимые сечения медных, алюминиевых заземляющих и нулевых защитных проводников в электроустановках до 1 к В

* При прокладке проводов в трубах допускается сечение нулевых защитных проводников (медных) принимать равным. 1 мм2, если фазные проводники имеют то же сечение.

Во взрывоопасных установках в качестве заземляющих и нулевых защитных проводников используют проводники, специально предназначенные для этой цели. Использование для этих проводников металлических конструкций строительного и производственного назначения, стальных труб электропроводок, металлических оболочек кабелей и т. п. рассматривается лишь как дополнительная мера безопасности.

Во взрывоопасных установках в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземлеиной нейтралью зануление в силовых сетях выполняют с помощью специально проложенного пулевого защитного проводника: третьего — в двухпроводных (одно- и двухфазных) сетях и четвертого — в трехпроводных (трехфазных) сетях. В осветительных двухпроводных (однофазных) сетях специальный третий проводник для зануления прокладывают только во взрывоопасных зонах В1.

Монтаж заземлителей. Искусственные заземлители сооружают только в случае, если естественные заземлители (железобетонные фундаменты зданий и сооружений) не обеспечивают сопротивление растеканию, требуемое ПУЭ.

Углубленные заземлители, заранее заготовленные, укладывают на дно котлованов под фундаменты зданий й сооружений при производстве строительных работ. Вертикальные заземлители из угловой стали и труб погружают в грунт путем забивки или вдавливания. Для этой цели используют копры, автоямобуры, вибраторы, гидропрессы, бурильно-крановые машины, ручные приспособления.

Глубина заложения верха вертикальных заземлителей должна быть 0,6—0,7 м от урозня планировочной отметки земли и выступать от дна траншеи на 0,1—0,2 м (рис. 5) для удобства приварки к ним соединительных полос или круглых стержней.

Все соединения в цепях заземлителей выполняют сваркой внахлестку. Расположенные в земле заземлители и заземляющие проводники не окрашивают. Если в грунте содержатся примеси, вызывающие повышенную коррозию, применяют заземлители увеличенного сечения, оцинкованные или омедненные заземлители или делают электрическую защиту от коррозии.

Горизонтальные заземлители в местах пересечения с подземными сооружениями (кабелями, трубопроводами) с железнодорожными путями и дорогами, а также, в местах возможных механических повреждений защищают асбестовыми трубами.

По окончании монтажа заземлителей перед засыпкой траншеи составляют акт освидетельствования скрытых работ.

Рис. 5. Размещение вертикальных заземлителей в грунте:

а — не требуется специальной обработки; б — требуется специальная обработка; в — соединение заземлителей с полосовой сталью