Типы заземляющих устройств

Заземляющим устройством называется совокуп­ность заземлителя — проводников (электродов), соеди­ненных между собой и находящихся в непосредственном сопри­косновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя относи­тельно заземляемого оборудования различают два типа зазем­ляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (рис. 2) характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на ко­торой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное зазем­ляющее устройство называют также сосредоточенным.

Рис 2. Выносное заземляющее устройство.

1 ­– заземлитель, 2 – заземляющая магистраль (проводники),

3 – заземляемое оборудование.

Недостаток выносного заземляющего устройства — отдаленность заземлителя от защищаемого обо­рудования, поэтому за­земляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения до­пустимого напряжения прикосновения Uпр.доп. В

При большом расстоянии до заземлителя мо­жет значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления соединительного, т. е. заземляющего, проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства являет­ся возможность выбора места размещения электродов заземли­теля с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях: при невозможности по ка­ким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории; при высоком сопротивлении земли на данной тер­ритории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводи­мостью земли; при рассредоточенном расположении заземляе­мого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периме­тру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распреде­ляются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также рас­пределенным.

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, а и выравниванием потенциала на защищаемой тер­ритории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это дости­гается путем соответствующего размещения одиночных зазем-лителей на защищаемой территории.

Рис. 3. Контурное заземление

На рис. 3 показано распределение по­тенциала в момент замыкания фазы на заземленный корпус на открытой подстанции, имеющей контурное заземление.

Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, про­исходит плавно (рис. 3); при этом напряжение прикосновения Uпр и на­пряжение шага Uш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя φ_З.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем благодаря металлическим конструкциям, трубопроводам, кабелям и подобным им проводящим предме­там, связанным с разветвленной сетью заземления. Арматура железобетонных зданий также оказывает благоприятное влия­ние на выравнивание потенциала.

Защитное зануление

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов коротких замыканий; автоматы с комбинированными расцепителями.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если ток однофазного короткого замыкания IЗ удовлетворяет условию IЗ к * IН, где IН – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А; к - коэффициент кратности тока.

Для автоматов к = 1,25 – 1,4. Для предохранителей к = 3.

Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. В качестве нулевых защитных проводников применяют голые или изолированные проводники, стальные полосы, кожухи шинопроводов, алюминиевые оболочки кабелей, различные металлоконструкции зданий, подкрановые пути и т.д.

При обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус за местом обрыва, при отсутствии повторного заземления, напряжение между корпусами и землей будет ровно фазному напряжению.

При наличии повторного заземления напряжение на корпусах за местом обрыва снизится до значения

U_З = I_З * R_П = U_Ф * R_П / (R_З + R_П),

где Rз – сопротивление заземления нейтрали,

Rп – сопротивление повторного заземления. Зануление рассчитывается на отключающую способность; на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления ейтрали); на безопасность прикосновению к корпусу при замыкании фазы на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).

Защитное отключение

Защитное отключение – это система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижении сопротивления изоляции, неисправности заземления или зануления). Защитное отключение применяется тогда, когда трудно выполнить заземление или зануление, а также в дополнение к нему в некоторых случаях.

В зависимости от того, что является входной величиной, на изменение которой реагирует защитное отключение, выделяют схемы защитного отключения: на напряжение корпуса относительно земли; на ток замыкания на землю; на напряжение или ток нулевой последовательности; на напряжение фазы относительно земли; на постоянный и переменный оперативные токи; комбинированные.

Одна из схем защитного отключения на напряжение корпуса относительно земли приведена на рис. 13.2.

Рис. 13.2. Схема защитного отключения на напряжение корпуса относительно земли

Основным элементом схемы является защитное реле РЗ. При замыкании на корпус одной фазы корпус окажется под напряжением выше допустимого, сердечник реле РЗ втягивается и замыкает цепь питания катушки автоматического выключателя АВ, в результате чего электроустановка отключается.

Достоинством схемы является простота. Недостатки: необходимость иметь вспомогательное заземление RВ; неселективность отключения в случае присоединения нескольких корпусов к одному заземлению; непостоянство уставки при изменениях сопротивления RВ. Устройства защитного отключения, реагирующие на ток нулевой последовательности, применяют для любых напряжений как с заземленной, так и с изолированной нейтралью.

Пожары и взрывы

Пожары и взрывы являются самыми распространенными чрезвычайными событиями в современном индустриальном обществе.

Наиболее часто и, как правило, с тяжелыми социальными и экономическими последствиями происходят пожары на пожароопасных и пожаровзрывоопасных объектах.

К объектам на которых наиболее возможны взрывы и пожары, относятся:

- предприятия химической, нефтеперерабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности;

- предприятия, использующие газо- и нефтепродукты в качестве сырья для энергоносителей;

- газо- и нефтепроводы;

- все виды транспорта, перевозящие взрыво- и пожароопасные вещества;

- топливозаправочные станции;

- предприятия пищевой промышленности;

- предприятия, использующие лакокрасочные материалы и др.

ВЗРЫВО И ПОЖАРООПАСНЫМИ веществами и смесями являются;

- взрывчатые вещества и пороха, применяемые в военных и промышленных целях, изготавливаемые на промышленных предприятиях, хранящиеся на складах отдельно и в изделиях и транспортируемые различными видами транспорта;

- смеси газообразных и сжиженных углеводородных продуктов (метана, пропана, бутана, этилена, пропилена и др.), а также сахарной, древесной, мучной и пр. пыли с воздухом;

- пары бензина, керосина, природный газ на различных транспортных средствах, топливозаправочных станциях и др.

Пожары на предприятиях могут возникать также вследствие повреждения электропроводки и машин, находящихся под напряжением, топок и отопительных систем, емкостей с легковоспламеняющимися жидкостями и т. д.

Известны также случаи взрывов и пожаров в жилых помещениях по причине неисправности и нарушения правил эксплуатации газовых плит.

Характеристика горючих веществ

Вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания, называются горючими в отличие от веществ, которые на воздухе не горят и называются негорючими. Промежуточное положение занимают трудно горючие вещества, которые возгораются при действии источника зажигания, но прекращают горение после удаления последнего.

Все горючие вещества делятся на следующие основные группы.

1. ГОРЮЧИЕ ГАЗЫ (ГГ) - вещества, способные образовывать с воздухом воспламеняемые и взрывоопасные смеси при температурах не выше 50° С. К горючим газам относятся индивидуальные вещества: аммиак, ацетилен, бутадиен, бутан, бутилацетат, водород, винилхлорид, изобутан, изобутилен, метан, окись углерода, пропан, пропилен, сероводород, формальдегид, а также пары легковоспламеняющихся и горючих жидкостей.

2. ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИЕСЯ ЖИДКОСТИ (ЛВЖ) - вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки не выше 61° С (в закрытом тигле) или 66° (в открытом). К таким жидкостям относятся индивидуальные вещества: ацетон, бензол, гексан, гептан, диметилфорамид, дифтордихлорметан, изопентан, изопропилбензол, ксилол, метиловый спирт, сероуглерод, стирол, уксусная кислота, хлорбензол, циклогексан, этилацетат, этилбензол, этиловый спирт, а также смеси и технические продукты бензин, дизельное топливо, керосин, уайтспирт, растворители.

3. ГОРЮЧИЕ ЖИДКОСТИ (ГЖ) - вещества, способные самостоятельно гореть после удаления источника зажигания и имеющие температуру вспышки выше 61° (в закрытом тигле) или 66° С (в открытом). К горючим жидкостям относятся следующие индивидуальные вещества: анилин, гексадекан, гексиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, а также смеси и технические продукты, например, масла: трансформаторное, вазелиновое, касторовое.

4. ГОРЮЧИЕ ПЫЛИ (ГП) - твердые вещества, находящиеся в мелкодисперсном состоянии. Горючая пыль, находящаяся в воздухе (аэрозоль), способна образовывать с ним взрывчатые смеси. Осевшая на стенах, потолке, поверхностях оборудования пыль (аэрогель) пожароопасна.

Горючие пыли по степени взрыво- и пожароопасности делятся на четыре класса.

1-й класс - наиболее взрывоопасные - аэрозоли, имеющие нижний концентрационный предел воспламенения (взрываемости) (НКПВ) до 15 г/м3 (сера, нафталин, канифоль, пыль мельничная, торфяная, эбонитовая).

2-й класс - взрывоопасные - аэрозоли имеющие величину НКПВ от 15 до 65 г/м3 (алюминиевый порошок, лигнин, пыль мучная, сенная, сланцевая).

3-й класс - наиболее пожароопасные - аэрогели, имеющие величину НКПВ, большую 65 г/м3 и температуру самовоспламенения до 250° С (табачная, элеваторная пыль).

4-й класс - пожароопасные - аэрогели, имеющие величину НКПВ большую 65 г/м3 и температуру самовоспламенения, большую 250° С (древесные опилки, цинковая пыль).

Категории помещений по взрыво- и пожароопасности

В соответствии с НПБ 105-03 здания и сооружения, в которых размещаются производства, подразделяются на пять категорий.

Таблица 16.4 Категории помещений

ПРИМЕРЫ производств, размещенных в помещениях категорий А, Б, В, Г и Д.

Категория А: цехи обработки и применения металлического натрия и калия, нефтеперерабатывающие и химические производства, склады бензина и баллонов для горючих газов, помещения стационарных кислотных и щелочных аккумуляторных установок, водородные станции и др.

Категория Б: цехи приготовления и транспортирования угольной пыли, древесной муки, сахарной пудры, обработки синтетического каучука, мазутное хозяйство электростанций и др.

Категория В: лесопильные и деревообрабатывающие цехи, цехи текстильной и бумажной промышленности, швейные и трикотажные фабрики, склады масла и масляное хозяйство электростанций, гаражи и др.

Категория Г: литейные, плавильные, кузнечные и сварочные цехи, цехи горячей прокатки металла, котельные, главные корпуса электростанций и др.

Категория Д: цехи холодной обработки металлов, пластмасс и т. д.

Характер развития пожара и последующего за ним взрыва в значительной мере зависит от огнестойкости конструкций - свойства конструкций сохранять несущую и ограждающую способность в условиях пожара. В соответствии со СНиП 2.01.02.85 различают пять степеней огнестойкости зданий и сооружений: I, II, III, IV, V.

Огнестойкость строительных конструкций характеризует следующие параметры:

1) минимальный предел огнестойкости строительной конструкции - время в часах от начала воздействия огня на конструкцию до образования в ней сквозных трещин или достижения температуры 200° С на поверхности, противоположной воздействию огня.

2) максимальный предел распространения огня по строительным конструкциям определяемый визуально размер повреждения в сантиметрах, которым считается обугливание или выгорание материалов, а также оплавление термопластичных материалов за пределами зоны нагрева.

Все строительные материалы по возгораемости делятся на три группы: НЕСГОРАЕМЫЕ, ТРУДНОСГОРАЕМЫЕ и СГОРАЕМЫЕ.

К НЕСГОРАЕМЫМ материалам и конструкциям относятся применяемые в строительстве металлы и неорганические минеральные материалы и изделия из них: песок, глина, гравий, асбест, кирпич, бетон и др.

К ТРУДНОСГОРАЕМЫМ относятся материалы и изделия из них, состоящие из сгораемых и несгораемых компонентов: кирпич саманный, гипсовая сухая штукатурка, фибролит, ленолиум, эбонит и др.

К СГОРАЕМЫМ относятся все материалы органического происхождения: картон, войлок, асфальт, рубероид, толь кровельный и др.

Основные понятия о пожарах и взрывах.

ПОЖАР - это неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб.

ГОРЕНИЕ - химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением большого количества тепла и обычно свечением. Для возникновения горения необходимо наличие горючего вещества, окислителя (обычно кислорода воздуха, а также хлор, фтор, йод, бром, оксиды азота) и источника зажигания. Кроме того необходимо, чтобы горючее вещество было нагрето до определенной температуры и находилось в определенном количественном соотношении с окислителем, а источник зажигания имел бы достаточную энергию.

ВЗРЫВ - чрезвычайно быстрое выделение энергии в ограниченном объеме, связанное с внезапным изменением состояния вещества и сопровождающееся образованием большого количества сжатых газов, способных производить механическую работу.

Взрыв является частным случаем горения. Но с горением в обычном понятии его роднит лишь то, что это окислительная реакция. Для взрыва характерны следующие особенности:

- большая скорость химического превращения;

- большое количество газообразных продуктов;

- мощное дробящее (бризантное) действие;

- сильный звуковой эффект.

Продолжительность взрыва составляет время порядка 10-5...10-6 с. Поэтому его мощность весьма велика, хотя запасы внутренней энергии у взрывчатых веществ и смесей не выше, чем у горючих веществ, сгорающих в обычных для них условиях.

При анализе взрывных явлений рассматривают две разновидности взрыва: взрывное горение и детонация.

К первому относятся взрывы топливовоздушных смесей (смеси углеводородов, паров нефтепродуктов, а также сахарной, древесной, мучной и прочей пыли с воздухом). Характерной особенностью такого взрыва является скорость горения порядка нескольких сотен м/с.

ДЕТОНАЦИЯ - весьма быстрое разложение взрывчатого вещества (газо-воздушной смеси). распространяющееся по нему со скоростью в несколько км/с и характеризующееся особенностями, присущими любому взрыву, указанному выше. Детонация характерна для военных и промышленных взрывчатых веществ, а также для топливно-воздушных смесей, находящихся в замкнутом объеме.

Отличие взрывного горения от детонации состоит в скорости разложения, у последней она на порядок выше.

В заключении следует сравнить три вида разложения: обычное горение, взрывное и детонацию.

Процессы ОБЫЧНОГО ГОРЕНИЯ протекают сравнительно медленно и с переменной скоростью - обычно от долей сантиметра до нескольких метров в секунду. Скорость горения существенно зависит от многих факторов, но, главным образом, от внешнего давления, заметно возрастая с повышением последнего. На открытом воздухе этот процесс протекает сравнительно вяло и не сопровождается сколько-нибудь значительным звуковым эффектом. В ограниченном же объеме процесс протекает значительно энергичнее, характеризуется более или менее быстрым нарастанием давления и способностью газообразных продуктов горения производить работу.

ВЗРЫВНОЕ ГОРЕНИЕ по сравнению с обычным представляет собой качественно иную форму распространения процесса. Отличительными чертами взрывного горения являются: резкий скачок давления в месте взрыва, переменная скорость распространения процесса, измеряемая сотнями метров в секунду и сравнительно мало зависящая от внешних условий. Характер действия взрыва - резкий удар газов по окружающей среде, вызывающей дробление и сильные деформации предметов на относительно небольших расстояниях от места взрыва.

ДЕТОНАЦИЯ представляет собой взрыв, распространяющийся с максимально возможной для данного вещества (смеси) и данных условий, (например, концентрацией смеси) скоростью, превышающей скорость звука в данном веществе и измеряемой тысячами метров в секунду. Детонация не отличается по характеру и сущности явления от взрывного горения, но представляет собой его стационарную форму. Скорость детонации является величиной, постоянной для данного вещества (смеси определенной концентрации). В условиях детонации достигается максимальное разрушительное действие взрыва.