Методическое пособие 501

землителем соединяют сваркой. У ввода магистралей заземления в здание наносят специальные опознавательные знаки.

При приемке в эксплуатацию заземляющих устройств после окончания монтажных работ должна быть предъявлена следующая техническая документация: исполнительные чертежи и схемы заземляющего устройства, акт на подземные работы, протоколы испытаний заземляющих устройств. В процессе эксплуатации следует периодически проверять и испытывать заземляющие устройства (не реже 1 раза в год).

В настоящее время в электроустановках применяют три основные системы электроснабжения, которые обозначаются как ТN, IT и TT. Первая буква в маркировке характеризует состояние нейтрали источника питания относительно земли:

Т — заземленная нейтраль;

I — изолированная нейтраль.

Вторая буква в маркировке определяет условия заземления открытых токопроводящих частей относительно земли:

Т — открытые проводящие части заземлены независимо от состояния нейтрали (заземленной или изолированной);

N — открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Система ТN подразделена на ряд систем в зависимости от способа разделения нулевого рабочего и нулевого защитного проводника:

система ТN-С — система ТN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике (РЕN) на всем его протяжении;

система ТN-S — система ТN, в которой нулевой защитный (РЕ) и нулевой рабочий (N) проводники разделены на всем ее протяжении;

система ТN-С-S — система ТN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника совмещены в одном проводнике в какойто его части, начиная от источника питания.

Для обеспечения безопасного функционирования электроустановок напряжением до 1 кВ применяется основная система уравнивания потенциалов, в которой в целях защиты должны соединяться между собой следующие проводящие части:

1.Нулевой защитный РЕ или РЕN-проводник, питающий линии в системе ТN.

2.Заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT.

3.Заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание.

4.Металлические трубы коммуникаций, входящих в здание (водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т. п.).

5.Металлические части корпуса здания.

41

6.Металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования; при наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине РЕ щитов питания вентиляторов и кондиционеров.

7.Заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категорий.

8.Заземляющий проводник рабочего заземления.

9.Металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Для соединения с основной системой уравнения потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов.

Расчет заземляющих устройств заключается в определении такой велечины сопротивления заземлителей (r3), при которой обеспечивается безопасное для человека значение напряжения на элементах и корпусах оборудования относительно земли. Взаимосвязь между необходимым сопротивлением r3 защитного заземления, максимально возможным напряжением Umax на корпусе оборудования относительно земли и током замыкания на землю Iз выражается формулой

rUmax .

зIз

Нормативные требования к величине r3 электроустановок напряжением до 1 кВ приведены в ПУЭ [9]. В системах с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника однофазного тока, в любое время года должны быть не более 2,4 или 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 или 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Сопротивление растеканию тока каждого из повторных заземлителей должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же линейных напряжениях. При удельном сопротивлении земли ρ более 100 Ом·м допускается увеличивать указанные выше нормы в 0,01 ρ раз, но не более десятикратного.

При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ·А и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом.

В электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования, должно быть не более 4 Ом.

Порядок расчета заземляющих устройств:

1.Определяют допустимые сопротивления r3 заземляющего устройства по ПУЭ [9].

2.Вычисляют расчетное удельное сопротивление грунта по формуле

— удельное сопротивление грунта, полученное непосредственным измерением; k — коэффициент сопротивления грунта, учитывающий возможное повышение сопротивления грунта в течение года по сравнению с данными, полученными измерением; определяется по табл. 5.1.

42

Примечание: k1 — если грунт влажен и измерениям предшествовали большие осадки; k2 — если грунт средней влажности и измерениям предшествовали небольшие осадки; k3 — если грунт сухой и перед измерениями не было осадков.

3.В случае наличия и возможности использования естественных заземли-

телей определяется сопротивление растеканию тока этих заземлителей rе. Это сопротивление можно определить путем измерения или расчета.

Если rе ≤ r3, то использование искусственных заземлителей не требуется. Если rе > r3, необходимо, кроме естественных заземлителей, применять искусственные заземлители с сопротивлением rи.

4.Если используются параллельно соединенные естественный и искусственный заземлители, то для искусственного заземлителя необходимую величину сопротивления rи рассчитывают по формуле

rи rеrеrзrз .

5.Выбирают тип заземлителя и материал электродов. Основные разновидности электродов искусственных заземляющих устройств и их положение относительно поверхности земли показаны на рис. 5.1.

6.Для выбранных типа и размеров заземлителя определяют сопротивление растеканию тока одиночного электрода:

если вертикальный электрод заземлителя стержневой (трубчатый) (рис. 5.1а), то при t > 0,5 м, l > d

где t — глубина заложения электродов заземлителя, измеряемая от поверхности земли до середины трубы или стержня, м; l — длина трубы (стержня), угловой стали, оболочки кабеля, м; d — наружный диаметр трубы (стержня), м;

— если вертикальный электрод заземлителя выполнен из угловой стали (рис. 5.1б), то при t >0,5t, l > b

где b — ширина полки уголка;

43

если горизонтальный электрод заземлителя выполнен из полосовой стали (рис. 5.1в), то при l > 5t, l > b

если горизонтальный электрод заземлителя круглого сечения (стержень, труба, оболочка кабеля и т. п. — рис. 1г), то при t > 0,5t, l > d

Рис. 5.1. Основные типы электродов искусственных заземляющих устройств:

а– электрод вертикальный стержневой;

б– электрод вертикальный из угловой стали;

в– электрод горизонтальный из полосовой стали;

г— электрод горизонтальный круглого сечения.

7.Если сопротивление одиночного электрода r1> r3, то следует применять заземлитель из нескольких электродов (вертикальных или горизонтальных), соединенных параллельно.

Обычно для защитного заземления одновременно используют как вертикальные, так и горизонтальные электроды, предназначенные для соединения вертикальных электродов между собой.

44

Взаимодействие между токами растекания электродов учитывается коэффициентом использования: ηв — для вертикальных электродов, ηг — для горизонтальных электродов (табл. 5.2).

Таблица 5.2 Коэффициент использования вертикальных заземлителей ηв

и горизонтальных соединительных полос ηг

Длина соединительной полосы (горизонтального полосового электрода) рассчитывается по следующим формулам:

при расположении вертикальных электродов заземлителя по контору (контурный заземлитель):

где а — расстояние между вертикальными электродами; n — количество вертикальных электродов;

при расположении вертикальных электродов заземлителями в ряд: lп = 1,05а (n – 1).

45

8. Фактическое сопротивление группового вертикального электрода рассчитывается по формуле

где r1,в — сопротивление вертикального одиночного электрода.

где r1,г — сопротивление горизонтального одиночного электрода.

10. Фактическое сопротивление растеканию тока группового заземляющего устройства, состоящего из вертикальных и горизонтальных электродов, работающего параллельно, определяется по формуле

11. При отсутствии естественных заземлителей должно выполняться следующее условие:

12. В случае одновременного использования естественных и искусственных заземлителей сопротивление всего заземляющего устройства определяют по формуле

rф rеrеrиrи .

5.2. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ: МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Для цеха (рис. 5.2) необходимо проверить соответствие устройства повторного заземления требованиям ПУЭ [9].

ЗАДАЧА Электроустановки цеха имеют рабочее напряжение 380/220 В, сеть — с глухозаземленной нейтралью. Мощ-

ность трансформатора — 560 кВА.

Удельное сопротивление грунта (глины) ризм, полученное в результате измерения, равно 0,6·102 Ом·м (измерения проводятся при различных видах грунта).

46

Вкачестве вертикальных электродов заземлителя применяется угловая

сталь размером 50×50×5, длиной l, м, заглубленная на t0, м, от поверхности земли. Количество вертикальных электродов — n, расстояние между ними — а, м.

Вкачестве горизонтального электрода, соединяющего вертикальные электроды заземлителя, принят контурный (размещается по периметру цеха), естественные заземлители отсутствуют.

Рис. 5.2. Схема заземляющего устройства цеха

Далее рассчитываем по следующей схеме:

1.Определяем по ПУЭ [9] требования к величине сопротивления заземляющего устройства rз ≤ 30 Ом.

2.Вычисляем расчетное удельное сопротивление грунта по формуле (2). По табл. 5.1 принимаем повышающий коэффициент.

3.Рассчитываем сопротивление растеканию тока одиночного вертикального электрода заземлителя по формуле (3).

4.Вычисляем длину горизонтальной полосы контурного заземлителя по формуле (5).

5.Определяем сопротивление растеканию тока горизонтального полосового электрода (без учета коэффициента использования) по формуле (4).

6.По табл. 5.2 находим коэффициенты использования вертикальных и горизонтальных электродов заземлителя.

47

7. Рассчитываем общее сопротивление растеканию тока группового заземляющего устройства по формуле (6). Проектное решение заземляющего устройства цеха соответствует требованиям ПУЭ, если выполняется условие (7).

В а р и а н т ы з а д а н и й

48

49

50