Устройство заземления

Защитное заземление - это преднамеренное соединение с землей металлических частей электроустановки, не находящихся под напряжением (рукояток приводов разъединителей, кожухов трансформаторов, фланцев опорных изоляторов, корпусов измерительных трансформаторов и т.п.).

Монтаж заземляющих устройств состоит из следующих операций: установки заземлителей, прокладки заземляющих проводников, соединения заземляющих проводников друг с другом присоединения заземляющих проводников к заземлителям и электрооборудованию.

Вертикальные заземлители из угловой стали и отбракованных труб погружают в грунт забивкой или вдавливанием, из круглой стали — ввертыванием или вдавливанием. Эти работы выполняют с помощью механизмов и приспособлений, например: копра (забивка в грунт), приспособления к сверлилке (ввертывание в грунт стержневых электродов), механизма ПЗД-12 (ввертывание в грунт электродов заземления).

Для устройства заземления наиболее распространены электрозаглубители, имеющие стандартную электросверлилку и редуктор, понижающий частоту вращения ниже 100 об/мин и соответственно увеличивающий крутящий момент на ввертываемом электроде. При пользовании этими заглубителями к концу электрода приваривают наконечник-забурник, обеспечивающий рыхление грунта и облегчающий погружение электрода. Выпускаемый промышленностью наконечник представляет собой заостренную на конце и изогнутую по винтовой линии стальную полосу шириной 16 мм. В монтажной практике применяются и другие типы наконечников для электродов.

При устройстве заземлениявертикальные заземлители должны закладываться на глубину 0,5 - 0,6 м от уровня планировочной отметки земли и выступать от дна траншеи на 0,1 - 0,2 м. Расстояние между электродами 2,5 - 3 м. Горизонтальные заземлители и соединительные полосы между вертикальными заземлителями укладывают в траншеи глубиной 0,6 - 0,7 м от уровня планировочной отметки земли.

Все соединения в цепях заземлителей выполняют сваркой внахлестку; места сварки покрывают битумом во избежание коррозии. Траншею роют обычно шириной 0,5 и глубиной 0,7 м. Устройство внешнего заземляющего контура и прокладку внутренней заземляющей сети производят по рабочим чертежам проекта электроустановки.

Вводы в здание заземляющих проводников выполняют не менее чем в двух местах. После монтажа заземлителей составляют акт на скрытые работы, указывая на чертежах привязки заземляющих устройств к стационарным ориентирам.

Заземляющие магистральные проводники прокладывают по стенам на расстоянии 0,5—0,10 м от поверхностей на высоте 0,4—0,6 м от уровня пола. Расстояние между точками крепления 0,6 —1,0 м. В сухих помещениях и при отсутствии химически активной среды допускается прокладка заземляющих проводников вплотную к стене.

Заземляющие полосы к стенам крепят дюбелями, которые пристреливают строительно-монтажным пистолетом либо непосредственно к стене, либо через промежуточные детали. Широко применяют также закладные детали, к которым приваривают полосы заземления. Пистолетом типа ПЦ можно пристреливать детали из листовой или полосовой стали толщиной до 6 мм в основания из бетона (марки до 400), кирпича и др.

В сырых, особо сырых помещениях и в помещениях с едкими испарениями (с агрессивной средой) заземляющие проводникиприваривают к опорам, закрепленным дюбелями-гвоздями. Для создания зазора между заземляющим проводником и основанием в таких помещениях используют штампованный держатель из полосовой стали шириной 25 - 30 и толщиной 4 мм, а также кронштейн для прокладки круглых заземляющих проводников диаметром 12 - 19 мм. Длина нахлестки при сварке должна быть равна двойной ширине полосы для прямо угольных полос или шести диаметрам для круглой стали.

К трубопроводам заземляющие проводники присоединяют при наличии на трубах задвижек или болтовых фланцевых соединений выполняют обходные перемычки.

Части электроустановок, подлежащие заземлению, присоединяют к заземляющим магистралям отдельными ответвлениями. Стальные заземляющие проводники присоединяют к металлоконструкциям сваркой, к оборудованию - под возможно, сваркой. заземляющий болт или, где проводники присоединяют к медными проводниками с креплением проволочным бандажом и пайкой. Вокруг подстанции обычно делают общий заземляющий контур, к которому приваривают заземляющие проводники внутренней части подстанции. Отдельные элементы электрооборудования присоединяют к заземляющим проводникам параллельно, а не последовательно, иначе при обрыве заземляющего проводника часть оборудования может оказаться незаземленной.

На подстанциях заземляют все элементы электрооборудования и металлические конструкции. Силовые трансформаторы заземляют гибкой перемычкой, изготовленной из стального троса. Перемычку с одной стороны приваривают к заземляющему проводнику, с другой - присоединяют к трансформатору с помощью болтового соединения. Разъединители заземляют через раму, плиту привода и опорный подшипник; корпус вспомогательных контактов — присоединением кшине заземления.

Если разъединители и приводы смонтированы на металлических конструкциях, то заземление выполняют путем приваривания к ним заземляющего проводника.

Предохранители на 6 - 10 кВ заземляют путем присоединения заземляющего проводника к фланцам опорных изоляторов, раме или металлической конструкции, на которой они установлены.

В чем состоит разница между понятиями заземление, заземляющее устройство и заземлитель?

Заземление, заземляющее устройство и заземлитель – это три различных термина, которые не следует путать.

Под заземлением понимают преднамеренное соединение частей электроустановки с заземляющим устройством. Таким образом, в отличие от заземляющего устройства и заземлителя заземление – это процесс, действие.

Заземляющее устройство представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников, а заземлитель – проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном контакте с землей и соединяющих с ней определенные части электроустановок.

Заземляющие устройства в зависимости от назначения могут выполнять различные функции. Эти устройства разделяют на защитные, рабочие и грозозащитные.

Защитные заземляющие устройства предназначены для защиты людей и животных от поражения электрическим током при случайном замыкании фазного провода на нетоковедущие металлические части электроустановки.

Рабочие заземляющие устройства необходимы для создания определенного режима работы электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Грозозащитные заземляющие устройства используют для заземления стержневых и тросовых молниеотводов и разрядников и предназначены для отвода импульсного тока молнии в землю.

Во многих случаях одно и то же заземляющее устройство может совмещать несколько функций (например, быть защитным и рабочим).

В качестве заземляющих проводников можно использовать металлоконструкции зданий и сооружений, а также металлические конструкции производственного назначения, например стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы любых назначений (кроме тех, которые предназначены для транспортирования горючих и взрывоопасных смесей), металлические фермы, подкрановые пути и т. д.В жилых зданиях и сооружениях в качестве заземляющих проводников не разрешается использовать водопроводные трубы, трубы отопления.

Наименьшие допустимые размеры заземляющих проводников и элементов заземлителя приведены в таблице.

Все заземлители делятся на два основных типа.

Принято различать естественные и искусственные заземлители. К естественным заземлителям относят проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих или взрывчатых жидкостей и газов); обсадные трубы; металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий и сооружений; свинцовые оболочки проложенных в земле кабелей при условии, что их проложено не менее двух и если отсутствуют другие заземлители и т. п. Нельзя использовать в качестве заземлителей трубопроводы, покрытые изоляцией для защиты их от коррозии, трубопроводы для перекачки горючих жидкостей и газов, алюминиевые оболочки кабелей и голые алюминиевые проводники.

К искусственным заземлителям относят конструкции, выполняемые специально для заземления. Ими могут быть вертикально погруженные в землю стальные стержни и некондиционные трубы, уголковая сталь, горизонтально проложенные стальные полосы, круглые стальные стержни и т. д.

Заземляющий проводник предназначен для соединения заземляемых частей электроустановок с заземлителем.

Главной электрической характеристикой заземляющего устройства является его сопротивление. Оно равно сумме сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников. Сопротивление заземлителя называют сопротивлением растеканию электрического тока.

Электрический ток, стекая с заземлителя в землю, распределяется в объеме неравномерно, встречая на своем пути в земле определенное сопротивление. Поэтому и говорят о сопротивлении растеканию тока с заземлителя в землю. Для краткости его называют просто сопротивлением растеканию.

Сопротивление растеканию заземлителя равно отношению его потенциала (напряжения) в месте ввода к силе тока, идущего с заземлителя в землю:R=U/I

В электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника однофазного тока, не должно превышать в любое время года 2, 4 и 8 Ом при линейных напряжениях соответственно 660, 380 и 220 В источника трехфазного или 380, 220 и 127 В однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений нулевого провода воздушной линии (ВЛ) до 1 кВ при числе отходящих линий не менее двух. Но даже если это требование выполнено, то генераторы или трансформаторы все равно должны иметь свои искусственные заземлители, сопротивления которых должны быть не более 15, 30 и 60 Ом при линейных напряжениях соответственно 660, 380 и 220 В источника трехфазного или 380, 220 и 127 В однофазного тока. При удельном электрическом сопротивлении ρ земли более 100 Ом•м допускается увеличить указанные значения в ρ/100, но не более чем в 10 раз.

На концах ВЛ (или ответвлений) длиной более 200 м, а также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению, выполняют повторные заземления, используя при этом в первую очередь естественные, а также молниезащитные заземлители. Общее сопротивление всех этих заземлителей, искусственных и естественных, для каждой ВЛ не должно превышать в любое время года 5, 10 и 20 Ом при линейных напряжениях соответственно 660, 380 и 220 В источника трехфазного или 380, 220 и 127 В однофазного тока. При этом сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

Как и для заземляющих устройств генераторов и трансформаторов, значения указанных сопротивлений разрешается увеличить в ρ/100 раз, но не более чем в 10 раз.

Сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью, должно быть не более 4 Ом. Это сопротивление может быть увеличено до 10 Ом при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ• А и менее, для параллельно работающих генераторов и трансформаторов сопротивление 10 Ом допускается при их суммарной мощности не более 100 кВА.

К заземляющим устройствам в электроустановках напряжением выше 1 кВ предъявляются следующие требования.

Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью, предназначенные для заземления электрооборудования, за исключением опор воздушных линий электропередачи (ВЛ), выполняют, соблюдая требования к сопротивлению заземляющего устройства или к напряжению прикосновения, а так же к конструктивному выполнению и к ограничению напряжения на заземляющем устройстве.

Если заземляющее устройство выполняют, соблюдая требования к его сопротивлению, то значение последнего в любое время года должно быть не более 0,5 Ом, включая сопротивления естественных заземлителей. В целях выравнивания электрических потенциалов между электрооборудованием и землей и для присоединения этого оборудования к заземлителю на глубине 0,5…0,7 м от поверхности земли на территории, занятой оборудованием, прокладывают продольные и поперечные проводники, называемые горизонтальными заземлителями. Проводники соединяют между собой. В результате образуется заземляющая сетка.

Продольные горизонтальные заземлители прокладывают вдоль осей электрооборудования со стороны обслуживания на расстоянии 0,8…1,0 м от фундаментов или оснований оборудования. В том случае, когда стороны обслуживания обращены одна к другой и расстояние между фундаментами или основаниями рядов оборудования не превышает З м, допускается прокладывать один заземлитель для двух рядов оборудования. При этом расстояние от продольного заземлителя до фундаментов или оснований оборудования может быть увеличено до 1,5 м.

Поперечные заземлители прокладывают на той же глубине в удобных местах между фундаментами оборудования. Для экономии металла и более равномерного выравнивания электрических потенциалов расстояния между поперечными заземлителями принимают увеличивающимися от периферии к центру заземляющей сетки. При этом первое и последующие расстояния, начиная от периферии, не должны превышать соответственно 4; 5; 6; 7,5; 9; 11; 13,5; 16 и 20 м. Размер ячеек заземляющей сетки, примыкающих к местам присоединения к заземлителю короткозамыкателей и нейтралей силовых трансформаторов, не должен быть более 6X6 м2.

По краю территории, занимаемой заземляющим устройством, горизонтальные заземлители прокладывают с таким расчетом, чтобы в совокупности они образовывали замкнутый контур. Если этот контур располагается в пределах внешнего ограждения электроустановки, то у входов и въездов на ее территорию потенциал выравнивают, устанавливая два вертикальных заземлителя длиной 3…5 м. Расстояние между ними выбирают равным ширине входа или въезда. При помощи сварки эти заземлители присоединяют к внешнему горизонтальному заземлителю.

Выполнение заземляющих устройств по допустимому сопротивлению часто приводит к неоправданному перерасходу металла и денежных средств. Экономичнее, иногда в несколько раз, заземляющие устройства, выполняемые с соблюдением требований, предъявляемых к напряжению прикосновения. Такие заземляющие устройства должны обеспечивать в любое время года (при стекании с них токов замыкания на землю) значения напряжений прикосновения, не превышающие нормированные. При их определении в качестве расчетного времени воздействия принимают сумму времени действия основной или резервной защиты и полного времени отключения выключателя. Если определяют допустимые значения напряжений прикосновения у рабочих мест, где при оперативных переключениях могут возникнуть замыкания на конструкции, доступные для прикосновения персоналу, выполняющему переключения, то в указанную сумму времен должно входить и время действия резервной защиты, а для остальной территории – основной.

Для заземляющих устройств, выполненных по напряжению прикосновения, продольные и поперечные горизонтальные заземлители размещают, соблюдая лишь требования ограничения напряжений прикосновения до нормированных значений и удобства присоединения заземляющего оборудования, однако во всех случаях расстояние между двумя соседними продольными или поперечными горизонтальными искусственными заземлителями не должно превышать 30 м, а глубина их заложения в грунт должна быть не менее 0,3 м. У рабочих мест заземлители можно прокладывать на меньшей глубине при условии, что необходимость этого подтверждается расчетом, а удобство обслуживания и срок службы заземлителя не снижаются. Чтобы снизить напряжение прикосновения, у рабочих мест в обоснованных случаях может быть выполнена гравийная подсыпка толщиной 0,1…0,2 м или сделана асфальтовая отмостка.

Сопротивления заземляющих устройств, выполненных по допустимым напряжениям прикосновения, могут быть любыми, однако не должны превышать значений, определяемых по допустимым напряжениям на заземляющих устройствах и токам замыкания на землю.

Напряжения на заземляющих устройствах, выполненных как по сопротивлению, так и по напряжению прикосновения, не должны превышать 5 кВ при стекании с них тока замыкания на землю. Напряжения выше 5 кВ, но не более 10 кВ допускаются для заземляющих устройств тех электроустановок, для которых предусмотрены специальные меры по защите изоляции отходящих кабелей связи и телемеханики и по предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы электроустановок. Для заземляющих устройств, с которых вообще исключен вынос потенциалов за пределы зданий и внешних ограждений электроустановки, допускаются напряжения выше 10 кВ.

Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью выполняют с таким расчетом, чтобы их сопротивления с учетом сопротивлений естественных заземлителей в любое время года не превышали частного от деления коэффициента К на расчетный ток замыкания на землю, выраженный в амперах. Когда заземляющее устройство одновременно используют и для электроустановок напряжением до 1 кВ, К=125. При этом также должны выполняться требования, предъявляемые к заземлению электроустановок напряжением до 1 кВ. Если заземляющее устройство используют только для электроустановок напряжением выше 1 кВ, то К=250. В обоих случаях сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом. В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением значения сопротивлений заземляющих устройств разрешается иметь увеличенные в ρ/500 раз, где ρ – удельное электрическое сопротивление земли в ом-метрах. Однако это увеличение не должно быть более десятикратного.

В качестве расчетного тока замыкания на землю принимают полный ток замыкания на землю при условии, что в сети нет устройств компенсации емкостных токов. В сетях с компенсацией емкостных токов расчетный ток для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие устройства, выбирают равным 125% номинального тока этих устройств, а для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие устройства, – равным остаточному току замыкания на землю, который может быть в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих устройств или наиболее разветвленного участка сети.

Часто в качестве расчетного тока принимают ток плавления плавких вставок предохранителей или ток срабатывания релейной защиты от однофазных замыканий на землю. В качестве расчетного принимают также и ток срабатывания защиты от междуфазных замыканий при условии, что эта защита обеспечивает отключение замыканий на землю. Во всех случаях ток замыканий на землю должен быть не менее полуторакратного тока срабатывания релейной защиты или трехкратного номинального тока предохранителей.

Расчетный ток замыкания на землю определяют для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой он имеет наибольшее значение.

Заземляющее устройство открытых электроустановок должно содержать замкнутый горизонтальный заземлитель (контур). Глубина его заложения в грунт должна быть не менее 0,5 м. К этому контуру присоединяют заземляемое оборудование. В тех случаях, когда заземляющее устройство находится в земле с удельным электрическим сопротивлением более 500 Ом•м и его сопротивление превышает 10 Ом, вдоль рядов оборудования со стороны обслуживания на расстоянии 0,8…1,0 м от фундаментов или оснований оборудования прокладывают дополнительные горизонтальные заземлители на глубине не менее 0,5 м.