Виды заземлений назначение устройство

Заземление какой-либо части установки называется преднамеренное соединение её с заземляющим устройством с целью сохранения на установке низкого потенциала и обеспечения нормальной работы системы или её элементов в выбранном для них режиме.

Различают три вида заземлений:

· защитное заземление для безопасности людей,

· заземление грозозащиты установки.

К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов и генераторов, глухое, либо через дугогасящий реактор для гашения дуги замыкания на землю, трансформаторов напряжения, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи и заземление фазы при использовании земли в качестве рабочего провода.

Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электрическую установку, путём заземления металлических частей установки, которые в рабочем режиме не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при перекрытии, либо пробое изоляции.

Заземление грозозащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников и ограничителей перенапряжения, а также стержневых или тросовых молниеотводов.

Рабочее и защитное заземление должны выполнять своё назначение в течение всего года, тогда как заземление грозозащиты лишь в грозовой сезон.

Для реализации любого вида заземления требуется заземляющее устройство, состоящее из заземлителя, располагаемого в земле и заземляющего проводника, соединяющего оборудование с заземлителем.

Заземлители подразделяются на естественные и искусственные. Естественными заземлителями считаются проложенные в земле конструкции не предназначенные для целей заземления, но используемые как заземлители. К естественным заземлителям относятся металлические трубопроводы, обсадные трубы, арматура железобетонных конструкций сооружений и т. п.

Искусственные заземлители выполняются только для заземления. Искусственный заземлитель может состоять из одного или многих вертикальных и горизонтальных электродов и характеризуется значением сопротивления от поверхности заземлителя до уровня нулевого потенциала, которое окружающая земля оказывает стекающему с него току. Сопротивление заземлителя определяется отношением потенциала на заземлителе к стекающему с него току.

Дата добавления: 2015-08-26 ; просмотров: 3915 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Назначение и принцип работы ЗУ

Заземляющее устройство (ЗУ) — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников которые соединяют землю с электрическими приборами, машинами и электроустановками.

Главная задача ЗУ – создание надежного соединения для отвода напряжения с элементов, которые могут попасть под высокое напряжение.

Причиной тому чаще всего служат:

• молния;
• вынос потенциалов;
• вторичная индукция из-за влияния близко находящихся токоведущих частей.

Роль земли может выполнять грунт или вода в крупных водоемах и реках, каменноугольные выработки, и иные природные или рукотворные объекты с похожими свойствами.

Разделяют три вида заземления:

• рабочее зазмеление необходимо для нормального функционирования прибора или установки, которое пропускает через себя рабочий ток, составляющий часть тока в фазе трехфазной системы или в одном из полюсов постоянного тока;
• зануление заземление — нейтраль трехфазного генератора или трансформатора заземлена и от нее проложен нулевой провод, выполняющий одновременно функции рабочего и защитного зануления;
• заземление безопасности — главной задачей является уменьшение шагового напряжения и обеспечение электробезопасности. Это осуществляется путем снижения сопротивления каждого отдельного заземлителя и равномерным распределением потенциала по всей площади;

В трехфазных сетях с напряжением менее 1000 Вольт при наличии изоляции нейтрали в обязательном порядке требуется защитное заземление, и независимо от режима изоляции в сетях от 1000 Вольт.

Виды ЗУ

В качестве заземляющего устройства может использоваться объекты естественного происхождения либо искусственные заземлители.

К первым относятся:

• конструкции домов и помещений, осуществляющие соединение с землей;
• фундаменты из железобетона — при наличии вокруг влажных грунтов (глинистые, суглинки и др.);
• подземные трубы различных систем, кроме теплотрасс и слущащих для транспортировки горючих материалов;
• оболочки кабеля из свинца.

Следует учитывать, что значение R (сопротивление) у естественных заземлителей можно узнать только путем проведения контрольных замеров, и если естественные элементы заземления будут иметь приемлемые показатели сопротивления, то конструировать что-то еще не нужно будет.

В качестве искусственных заземляющих устройств применяются элементы представляющие собой:

• стальные трубы от 3 см в диаметре и от 2 метров длинной;
• стальные полосы или угловая сталь не тоньше 0,4 см и длинной от 2 метров;
• длинные (до 10 м) стальные прутья диаметром от 1 см;
• обрезки труб из стали, рельс;
• металлические цепи, тросы.

Выбирая размеры электрода, обязательно учитывайте:

• значение сопротивления заземлителя при наименьшей массе — уровень сопротивления зависит в основном от длины электрода, и в наименьшей степени от его поперечного сечения;
• механическую устойчивость к подземной коррозии — показатель устойчивости к коррозии зависит от толщины и площади соприкосновения с грунтом.

Имея одинаковые сечения, в качестве более долговечных электродов служат круглые стержни. Для предотвращения коррозии в агрессивных щелочных и кислых почвах, используют медные, омедненные или оцинкованные материалы. На любых типах почв нельзя использовать алюминий, из-за окисления и последующей изоляции его поверхности.

Монтируют вертикальные электроды таким образом, чтобы верхний конец находился около поверхности грунта или глубже на 50-80 см — данный вариант обеспечивает более стабильную и эффективную защиту из-за небольших изменений удельного сопротивления грунта в разные периоды. Если одного электрода недостаточно для достижения необходимых технических параметров сопротивления растеканию, тогда устанавливают несколько электродов подряд или по периметру. Лучшую прочность во время углубления показывают трубы и уголки.

Вертикальные элементы чаще всего соединяются стальными стержнями, приваренными к верхним концам, реже с помощью пластин или колец.

Технические параметры устройств заземления в различных видах электрических установок

От 1000 Вольт при больших токах замыкания

В этом случае для наибольшего сопротивления заземляющих устройств требуется менее 0,5 Ом, однако этим не обеспечивается достаточное напряжение касания и шага токозамыкания 1-2 кА. Поэтому дополнительно выполняются следующие действия:

• должно быть быстрое отключение на случай замыкания в землю;
• выравниваются потенциалы по периметру территории местонахождения установки и в ее пределах. Для этого по всей площади от 50 см глубиной закладывают сетку, состоящую из проводников выравнивания для равномерного растекания тока. Продольные части укладываются параллельно осей электрооборудования на дистанции 80 — 100 см от его основания либо фундамента. Затем укладывают поперечные детали и шаг соединения до 6 м. Крайние части сетки, через которые уходит большое количество тока, укладывают глубже на 30-50 см.
• Такое же выравнивание осуществляют рядом с входами на территорию электрической установки укладкой дополнительно нескольких полос с их постепенным заглублением — расстояние от заземлителя 100 и 200 см соответственно, а глубина закладки 100 и 150 см.
• Дистанция от периметра контура до ограждения должно превышать 3 м, тогда ограждение можно не заземлять. Подходы, входы и въезды есть смысл делать в виде асфальтовых или гравийных покрытий, из-за их малой проводимости.
• Чтобы избежать выноса за границы местонахождения потенциала, разрешается присоединять приемники вне территории установки к трансформаторам смонтированным в нее можно лишь при условии изоляции их нейтрали.

Больше 1000 Вольт при небольших токах замыкания

Когда проводится значение R для таких установок, требуется менее 10 Ом. Рассчитать его можно с помощью формулы:

В качестве расчетного используется:

• показатель тока сработки релейной защиты обязательно гарантирующей обесточивание замыкания на землю;
• емкость предохранителей.

Необходимо превышение в 1,5 и 3 раза минимального эксплуатационного тока замыкания соответственно над уровнем срабатывания реле или номинальным током предохранителей.

До 1000 Вольт — нейтральный проводник заглушен в землю

Уровень сопротивления заземляющих устройств менее 4 Ом. Когда общая мощность источников и преобразователей напряжения не доходит больше 100 кВА, тогда достаточно уровеня менее 10 Ом.

Заземляемые детали делаются надежно связанными с проводниками заземления или нуля источника электричества.

На воздушных линиях этот контакт делается специально прокладываемым параллельно фазам проводом. В этом случае необходимо сделать повтор заземления нуля с интервалом 250 м, и обязательно в конечной точке линии. Для каждого повтора R меньше 10 Ом.

Если мощность всех источников и трансформаторов в сумме меньше 100 кВА, и для этой сети разрешено R главного ЗУ 10 Ом, то для повторных этот показатель необходим менее 30 Ом в количестве больше двух.

До 1000 Вольт — нейтраль в изоляции

Как в предыдущем пункте, требуется получить уровень R заземляющих устройств менее 4 Ом. Когда же сумма мощности генераторов и преобразователей до 100 кВА, показатель нужен меньше 10 Ом.

Наибольшее значение при касании может быть до 40 В. Из-за этого электробезопасность частей, которые могут оказаться под напряжением в таких сетях значительно выше.

Заземлители или заземляющие устройства (ЗУ) являются обязательным элементом каждой электроустановки. Без ЗУ нормальное функционирование установки невозможно. При этом в понятие нормального функционирования включают целый комплекс вопросов.

С течением времени и развитием техники изменяются и требования к ЗУ. Основное изменение состоит в том, что кроме обязательных функций обеспечения безопасности персонала появилось требование к электромаг­нитной совместимости (ЭМС). Оно, по существу, означает обеспечение нор­мальной работы измерительных, информационных и других устройств, рабо­тающих с использованием микропроцессоров, ЭВМ и т.п.

В настоящем пособии изложены основные требования к ЗУ, содержа­щиеся в нормативных документах [1-4], однако основное внимание уделено основам расчета ЗУ в однородном грунте. Изложен общий метод расчета, по­зволяющий рассчитывать заземлители практически любой конфигурации, основанный на так называемом методе эквивалентных зарядов. Приведены примеры расчета простейших заземлителей.

Применительно к расчету сложных ЗУ излагаются общие характери­стики одной из современных программ, применяемой для этих целей. Работа программы иллюстрируется примером расчета конкретного ЗУ.

Также приведен подход к расчету режимов работы ЗУ при воздействии импульсов тока (тока молнии или тока короткого замыкания на территории подстанции в первые моменты времени и т.д.). Показано, что при воздейст­вии импульсов тока сопротивление заземлителя может значительно возрас­тать. Обсуждаются другие эффекты, возникающие при воздействии импуль­сов тока.

1. Назначение заземляющих устройств, основные типы конструкций, требования по сопротивлению

Итак, ЗУ являются обязательной частью практически любой электроус­тановки. Конечно, говорить о «заземлителях», например, применительно к самолетной сети или корабельной не имеет смысла. Однако обычные элек­троустановки не могут нормально функционировать без заземляющего устройства.

Что же такое ЗУ? ПУЭ [1] дает на этот вопрос следующий ответ: зазем­ляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. В свою очередь, собственно заземлитель представляет собой проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Характеристики ЗУ должны отвечать требованиям электробезопасно­сти обслуживающего персонала [4] и обеспечивать в нормальных и аварий­ных условиях следующие эксплуатационные функции электроустановки:

— действие релейных защит от замыкания на землю;

— действие защит от перенапряжений;

— отвод в грунт токов молнии;

— отвод рабочих токов (токов несимметрии и т.д.);

— защиту изоляции низковольтных цепей и оборудования;

— снижение электромагнитных влияний на вторичные цепи;

— защиту подземного оборудования и коммуникаций от токовых перегрузок;

— стабилизацию потенциалов относительно земли и защиту от статического электричества;

— обеспечения взрыво- и пожаробезопасности.

Основными параметрами, характеризующими состояние ЗУ, являются:

— сопротивление (для электроустановок подстанций, электростанций и опор ВЛ);

— напряжение на ЗУ при стекании с него тока замыкания на землю;

— напряжение прикосновения (для электроустановок выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью, кроме опор ВЛ).

Дополнительными характеристиками ЗУ, с помощью которых оцени­вается его состояния в процессе эксплуатации, являются качество и надеж­ность соединения элементов ЗУ, соответствие сечения и проводимости эле­ментов требованиям ПУЭ и проектным данным, интенсивность коррозионно­го разрушения.

Поскольку функции ЗУ весьма разнообразны, принято различать за­щитное и рабочее заземление.

Защитным заземлением называется заземление частей электроустанов­ки с целью обеспечения электробезопасности. Защитное заземление следует выполнять преднамеренным электрическим соединением металлических час­тей электроустановок с «землей» или ее эквивалентом. Защитное заземление

ским током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, ко­торые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токове-дущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы элек­троустановки.

Конструктивно заземлители могут выполняться самыми разными спо­собами. Логично использовать в качестве заземлителей подземные конструк­ции инженерных сооружений. Такие заземлители называют естественными. В этом случае ПУЭ дает такое определение: естественным заземлителем называются находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного на­значения, используемые для целей заземления.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

1) проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопрово­ды, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;

2) обсадные трубы скважин;

3) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, на­ходящиеся в соприкосновении с землей;

4) металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т.п.;

5) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые обо­лочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных зазем­лителей. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться при количестве кабелей не менее двух;

6) заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электро­установки при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;

7) нулевые провода ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух;

8) рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек меж­ду рельсами.

В тех случаях, когда использование только естественных заземлителей не обеспечивает необходимые технические характеристики, приходится со­оружать дополнительно так называемые искусственные заземлители — за­землители, специально выполняемые для этой цели.

Конструктивно искусственный заземлитель представляет, как правило, либо горизонтально расположенную в земле сетку, охватывающую опреде­ленную площадь, либо ряд вертикальных стержней, либо сочетание того и другого. При этом часто естественные и искусственные заземлители исполь­зуются вместе.

В качестве примера можно рассмотреть заземлитель какой-нибудь под-нетоковедущие части, расположенные на открытом распределительном уст­ройстве (ОРУ). Кроме того, такой заземлитель обязательно должен обеспечи­вать определенный уровень напряжения прикосновения на территории ОРУ. Достаточно часто сопротивление фундаментов зданий на подстанции может обеспечить необходимые значения сопротивления ЗУ. Однако при этом, если не сооружать искусственный заземлитель, перечисленные выше требования не могут быть обеспечены. Поэтому на территории ОРУ всегда приходится сооружать искусственный заземлитель. Его площадь в некоторых случаях (на подстанциях высших классов напряжения) может составлять десятки гектар. Выше было отмечено [1,4], что основными параметрами ЗУ являются его сопротивление, напряжение на ЗУ при стекании с него в землю тока КЗ, и напряжение прикосновения. Ниже приведены нормы ПУЭ на сопротивления ЗУ трехфазных электроустановок различных классов напряжения и при раз­ных режимах заземления нейтрали.

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 KB СЕТИ С ЭФФЕКТИВНО ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (номинальное напряжение от ПО кВ и выше) -сопротивление ЗУ не должно превосходить 0,5 Ом при сопротивлении грунта не более 500 Ом·м. При удельном сопротивлении «земли» ρ более 500 Ом·м допускается повышать сопротивление заземляющего устройства в зависимо­сти от значения ρ.

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 KB СЕТИ С ИЗОЛИРО­ВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (номинальное напряжение от 3 до 35 кВ).

В электроустановках выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью со­противление заземляющего устройства R, Ом, при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления есте­ственных заземлителей должно быть не более:

— при использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1 кВ R = 125 / I, где I— расчетный ток за­мыкания на землю, А;

— при этом должны также выполняться требования, предъявляемые к заземлению (занулению) электроустановок до 1 кВ;

— при использовании заземляющего устройства только для электроус­тановок выше 1 кВ R = 250 / I, но не более 10 Ом.

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 KB С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника одно­фазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответ­ственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 127 В источника однофазного тока. При удельном сопро­тивлении ρ земли более 100 Ом·м допускается увеличивать указанные выше нормы в 0,01ρ раза, но не более десятикратного.

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 KB С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙ­ТРАЛЬЮ.

Сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземле­ния электрооборудования, должно быть не больше 4 Ом.

При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ·А и менее за­земляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Если ге­нераторы или трансформаторы работают параллельно, то сопротивление 10 Ом допускается при суммарной их мощности не более 100 кВ·А

ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ В РАЙОНАХ С БОЛЬШИМ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВ­ЛЕНИЕМ ЗЕМЛИ.

В электроустановках выше 1 кВ, а также в электроустановках до 1 кВ с изолированной нейтралью для земли с удельным сопротивлением более 500 Ом·м, если мероприятия, предусмотренные п.п. 1.7.66 — 1.7.68 ПУЭ, не по­зволяют получить приемлемые по экономическим соображениям заземлители, допускается повысить значения сопротивлений заземляющих устройств в 0,002ρ раза, где ρ — эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом·м. При этом увеличение требуемых настоящей главой сопротивлений заземляющих устройств должно быть не более десятикратного.