Защитное заземление электрооборудования – устройство, принцип защиты, расчет

Защитное  заземление электрооборудования  – устройство, принцип  защиты, расчет. 

Заземляющим устройством  называется система, состоящая из заземлителей и заземляющих проводников. Оно  служит для защиты людей от поражения  электрическим током при прикосновении  их к элементам электроустановок, нормально изолированным от токоведущих  частей, но вследствие тех или иных неисправностей оказавшихся под  напряжением. Такое заземление называется защитным. Если заземляющее устройство обеспечивает нормальную работу оборудования электроустановок, оно называется рабочим.

 
Заземлитель - это металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Для устройства заземлителя применяют угловую сталь, некондиционные и маломерные трубы, круглую сталь. Кроме того, в качестве заземлителей можно использовать стальные конструкции сооружений, свинцовые оболочки кабелей, арматуру железобетонных фундаментов и стен, водопроводные и другие металлические трубопроводы, проложенные в земле, обсадные трубы артезианских скважин. Причем в этом случае заземлитель должен быть связан с заземляющими магистралями электроустановок не менее двумя проводниками, присоединенными в разных местах. 
Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих или взрывчатых газов; трубы покрытые изоляцией для защиты от коррозии; алюминиевые оболочки кабелей, голые алюминиевые провода. В грунтах, где усиленную коррозию металла могут вызвать агрессивные грунтовые воды, применяют оцинкованные или омедненные заземлители. 

Отдельные заземлители  заглубляют в землю на 2,0 - 3 м. Если грунты обладают высоким удельным сопротивлением, для уменьшения количества электродов целесообразно заглублять их на 5 - 6 м и более. Все заземлители  размещают в траншее глубиной 0,7 - 0,8 м, и после забивки они  должны выступать над дном траншеи  на 0,2 м. Как правило, электроды заземления в грунт забивают механизированным способом, применяя передвижные копры, вибраторы с закрепленными на них электродами, а также другие приспособления, в которых для  забивки электрода используются электросверлилки. 
Заглубитель электродов ЗЭ-1  состоит из полого шпинделя 1 с укрепленным на нем трехкулачковым патроном 3 и сварной рамы с колесами, насаженными на ось, которая при работе над траншеей может раздвигаться на нужную ширину. Привод шпинделя осуществляется от электродвигателя 2 мощностью 1,7 кВт. Механизм с приводом перемещается вертикально по штангам рамы. Рабочий ход (вниз) происходит за счет массы механизма заглубления и механизма самоподъема.

Рис. 1. Заглубитель электродов заземлителей ЗЭ-1: 
1 - шпиндель, 2 - электродвигатель, 
3 - трехкулачковый патрон 
 
 
 
 
 

Вверх механизм заглубления поднимается лебедкой, которая приводится в движение от электродвигателя через коническую пару. Перед началом работ электрод с заостренным концом и приваренным  к нему забурником закрепляют в патроне  шпинделя, включают двигатель и поднимают  механизм ввертывания в верхнее  положение. Затем начинают погружение электрода в грунт, причем глубина  погружения равна величине хода подвижной  части. После этого электродвигатель выключают, патрон снимают с электрода, опять поднимают механизм ввертывания  в верхнее положение, снова закрепляют электрод в патроне и повторяют  процесс заглубления электрода. Эту операцию выполняют столько  раз, сколько необходимо для заглубления  электрода на нужную глубину. 
Заглубитель прост в устройстве, удобен в эксплуатации, отличается высокой производительностью: электрод длиной 5 м погружается в обычный грунт за 4 мин, а в мерзлый грунт - за 12 мин. 
Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземлители с заземляемыми частями электроустановки. 
Заземляющими проводниками могут служить стальные конструкции зданий, стальные трубы электропроводок при толщине стенок труб не менее 1,5 мм, каркасы распределительных устройств и т. д. при условии, что они надежно соединены с заземляющим устройством или нулевым проводом в помещениях, где применяется заземление. 
Стальные магистральные проводники прокладывают в сухих помещениях открыто, вплотную к стене. В сырых и особо сырых помещениях заземляющие шины прокладывают на расстоянии не менее 10 мм от стен. Заземляющие проводники прикрепляют на сварке к закладным деталям, устанавливаемым на расстоянии 500 - 900 мм друг от друга в процессе строительных работ, в местах, удобных для осмотра. При проходах через стены и перекрытия проводники прокладывают в открытых отверстиях или в стальных трубах (обоймах). Заземляющие проводники присоединяют к металлическим оболочкам кабелей медными гибкими проводниками внахлестку, а сверху делают проволочный бандаж с пропайкой. 
Каждый заземляемый элемент установки присоединяется к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления проводника. Последовательное подсоединение к заземляющему проводнику нескольких элементов запрещается. 
При номинальном напряжении переменного тока ниже 42 В и постоянного тока ниже 110 В заземления электроустановок не требуется. 
При напряжении переменного тока выше 42 В и постоянного тока выше 110 В защитное заземление применяют только в наружных установках, в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных. 
Заземление электроустановок напряжением 500 В и выше выполняют во всех случаях. 
Заземлению подлежат: корпуса трансформаторов, аппаратов, электрических машин, светильников, пусковой аппаратуры, приводы выключателей и разъединителей, каркасы распределительных щитов, щитков, шкафов и щитов управления, металлические конструкции распределительных устройств, кабельных конструкций и корпусов кабельных муфт, металлические оболочки и броня силовых, контрольных кабелей и проводов, стальные трубы электропроводок, арматура железобетонных опор воздушных линий, вторичные обмотки измерительных трансформаторов. 
Заземлению не подлежат: арматура подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных конструкциях, корпуса электроизмерительных приборов, реле и т. д. на щитах, шкафах и стенах камер РУ, разъемные или открывающиеся части металлических заземленных каркасов ограждений, шкафов, дверей РУ, оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях. 
Присоединение заземляющих магистралей к заземлителям, а также полос связи к заземлителям из труб и стержней, а также угловой стали следует выполнять на сварке (рис. 42, а, б, в). Полосы связи и магистрали заземления сваривают внахлестку, длина которой должна быть не менее двойной ширины полосы при прямоугольном сечении проводников и шести диаметров - при круглом сечении (рис.42, г). Сварочный шов накладывают в два слоя по всем сторонам соединения. Прочность сварки проверяют сильными ударами молотка массой 1,5 - 2 кг по сварным швам.

Расположенные в земле заземлители и заземляющие  проводники не окрашивают. 
Сечения заземлителей и заземляющих проводников должны быть не менее указанными в табл. 1.  
При использовании в качестве заземляющих проводников трубной электропроводки должны быть надежно выполнены металлические соединения труб друг с другом и с корпусом электрооборудования, в которые они вводятся. Открыто проложенные заземляющие проводники окрашиваются в черный цвет. В соответствии с правилами в каждом вновь смонтированном заземляющем устройстве проверяют: состояние его элементов, находящихся в земле, путем выборочного осмотра со вскрытием грунта, других элементов - в пределах доступности осмотру; наличие цепи между заземлителями и заземляющими проводниками; состояние пробивных предохранителей в установках напряжением до 1000 В; полное сопротивление петли "фаза - нуль" в установках напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали;  соответствие нормам сопротивления заземляющих устройств (табл. 2);  соответствие сечений заземляющих проводников проекту и требованиям Правил устройств электроустановок (ПУЭ). 
При ремонте оборудования подстанции одновременно ремонтируют заземляющую сеть. Ремонт заземления заключается в проверке сварных швов, соединяющих ее отдельные участки. Для этого молотком массой 600 - 800 г ударяют по сварным стыкам. При обнаружении дефекта сварной шов вырубают зубилом и заваривают вновь электросваркой, автогенной или термитной сваркой.

Таблица 1. Минимально допустимые размеры заземляющих и нулевых защитных проводников

Перед началом  ремонта заземляющей сети проверяют  сопротивление заземлителя растеканию тока, и если оно не соответствует  норме, при ремонте принимают  меры к его снижению, в частности  увеличивают количество электродов заземлителя или обрабатывают землю  вокруг электродов солью. В этом случае вокруг электрода в радиусе 250 - 300 мм поочередно насыпают слой соли и  слой земли толщиной 10 - 15 мм, поливая  каждый слой соли водой. Такую обработку  солью проводят на глубину 1/3 длины  электрода. Необходимость повторной  обработки земли определяют по результатам  очередных испытаний заземления. 
Сопротивление заземляющих устройств в соответствии с "Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" измеряют сразу после монтажа, после 1 года эксплуатации и далее - не реже одного раза в 3 года.

Таблица 2. Максимально допустимые значения сопротивления заземляющих устройств и устройств грозозащиты.

Принцип защитного действия.

Защитное действие заземления основано на двух принципах:

• Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
• Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО).

Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием устройств защитного отключения. В этом случае при большинстве  нарушений изоляции потенциал на заземлённых предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный  участок сети будет отключён в  течение очень короткого времени (десятые ÷ сотые доли секунды — время срабатывания УЗО). 

Расчет  защитного заземления.

Имеет целью определить основные параметры заземления – число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Для расчета заземления необходимы следующие  сведения:

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

2) план электроустановки  с указанием основных размеров  и размещения оборудования;

3) формы и  размеры электродов, из которых  предусмотрено соорудить проектируемый  групповой заземлитель, а также  предполагаемая глубина погружения  их в землю;

4) данные измерений  удельного сопротивления грунта  на участке, где должен быть  сооружен заземлитель, и сведения  о погодных (климатических) условиях, 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 толщина верхнего слоя;

5) данные о  естественных заземлителях: какие  сооружения могут быть использованы  для этой цели и сопротивления  их 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;