Классификация электротехнических установок относительно мер электробезопасности

Электротехнические установки в отношении мер электробезопасно­сти разделяются на электроустановки выше 1 кВ в сетях с эффектив­но заземленной нейтралью (с большими — более 500 А — токами замы­кания на землю); электроустановки выше 1 кВ в сетях с изолирован­ной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю); электроуста­новки до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью; электроустановки до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называют трехфазную электрическую сеть выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Под коэффициентом замыка­ния на землю понимается отношение разности потенциалов между не­поврежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непо­средственно или через малое сопротивление (например, через трансфор­маторы тока). Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, за­щиты, заземляющие дугогасящие реакторы и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

Заземление электроустановок осуществляется преднамеренным электрическим соединением с заземляющим устройством, которое представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих про­водников. Заземлитель - проводник или совокупность металлически соединенных между собой проводников, находящихся в соприкоснове­нии с землей. Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части заземлителя.

Различают следующие виды заземлений: защитное — для обеспече­ния электробезопасности; рабочее — для обеспечения нормальных ре­жимов работы установки; молниезащитное — для защиты электро­оборудования от перенапряжений и молниезащиты зданий и сооруже­ний. В большинстве случаев одно и то же заземление выполняет не­сколько функций одновременно.

Если на заземлитель подать потенциал, то в точках земли, располо­женных в непосредственной близости от него, возникнут потенциалы, измеряемые относительно удаленной точки. С удалением от места рас-

положения заземлителя потенциал уменьшается (зависимость обрат­но пропорциональна расстоянию) и в удаленных точках близок к нулю. Таким образом, в качестве точек нулевого потенциала могут служить точки, достаточно удаленные от заземлителя (обычно достаточно расстояние в несколько десятков метров). Крутизна кривой распре­деления потенциалов зависит от проводимости грунта: чем меньше проводимость грунта, тем более пологую форму имеет кривая, тем дальше расположены точки нулевого потенциала.

Сопротивление, которое оказывают току заземлитель и грунт, на­зывается сопротивлением растеканию. В практике сопротивлению рас­текания соответствует термин "сопротивление заземлителя". Сопро­тивление заземлителя определяется отношением напряжения U _з на заземлителе относительно точки нулевого потенциала к току I _з, сте­кающему с заземлителя в землю:

Удельное сопротивление грунта зависит от его характера, темпера­туры, содержания в нем влаги и электролитов. Геофизические изы­скания верхних слоев земли показали, что электрическая структура грунта в большинстве случаев имеет вид выраженных слоев с различ­ным сопротивлением и практически с горизонтальными границами. В горизонтальном направлении удельное сопротивление обычно из­меняется незначительно. В верхнем слое до глубины примерно 3 м на­блюдаются заметные сезонные изменения удельного сопротивления, вызываемые изменениями температуры, количества и интенсивности выпадающих осадков и другими факторами. Наибольшее сопротивление имеет место в зимнее время при промерзании грунта и в летнее время при его высыхании. Измерение удельного сопротивления грунта обязательно, чтобы не тратить лишние средства на сооружение заземлений и чтобы не пришлось после сооружения установки осуществлять до­полнительные мероприятия по расширению заземляющих устройств. Для получения достоверных результатов измерение удельного со­противления следует производить для всех сезонов года. Чаще они проводятся в теплое время года, а увеличение сопротивления при вы­сыхании или промерзании грунта учитывается повышающими коэф­фициентами.

Для устройства заземлений в установках переменного тока следует в первую очередь использовать естественные заземлители, которыми называют 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: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопро­воды, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и

взрывчатых газов и смесей; обсадные трубы скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; рельсовые магистральные неэлектрифицированные железнодорожные пути и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

Алюминиевые оболочки кабелей, выпускающиеся с защитными по­кровами для предотвращения коррозии алюминия при соприкосновении с землей, не допускаются к использованию в качестве заземлителей. Стальная броня кабелей как заземлителей в расчет не принимается. Рассмотренные естественные заземлители имеют малое сопротивле­ние растеканию. Рациональное использование естественных заземлителей упрощает и удешевляет сооружение заземляющих устройств. Если естественные заземлители обеспечивают соответствие нормам электри­ческих характеристик заземлителя, то искусственные заземлители сле­дует применять лишь при необходимости уменьшения токов, протекаю­щих по естественным заземлителям или стекающих с них в землю. Для снижения затрат на заземляющие устройства в ряде случаев можно ограничиться использованием только естественных заземлителей.

Искусственные заземлители обьино выполняются из стальных вер­тикальных электродов (труб, уголков, стержней) с расположением верхнего конца у поверхности земли или ниже уровня земли на 0,5— 0,7 м. При этом способе сопротивление заземления относительно ста­бильно из-за малости изменения влажности и температуры грунта.

При выборе размеров вертикальных электродов исходят из обеспе­чения требуемого сопротивления заземлителя при наименьшем расходе металла, механической устойчивости электрода при погружении в грунт, устойчивости к коррозии электродов, расположенных в грунте.

Устойчивость к коррозии электрода в земле в основном определя­ется его толщиной и площадью поверхности на единицу его длины. Для этих условий наиболее оптимальными являются круглые стержни, имею­щие при равных сечениях наибольшую толщину и наименьшую поверх­ность. Сопротивление растеканию электрода определяется в основном его длиной и мало зависит от поперечных размеров электрода. Рекомен­дуется принимать длину вертикальных стержневых электродов 2—5 м, а электродов из стального уголка 2,5—3 м. Применение электродов большей длины целесообразно при высоком сопротивлении грунта и малой площади, отводимой под устройство заземлителя.

Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей: 10 мм — диаметр неоцинкованных круглых заземлителей; 6 мм — оцинкован­ных; 48 мм² — сечение прямоугольных заземлителей; 4 мм — толщина прямоугольных заземлителей и полок угловой стали.

Наибольшую механическую прочность при погружении в грунт при одинаковом поперечном сечении имеют трубы и уголки, наименьшую — круглые стержни. Часто применяются стальные уголки № 50 и 60, сталь-

ные стержни диаметром 12—16 мм. Применение стержней приводит к экономии металла, поддается механизации процесс погружения элект­родов, которое выполняется ввертыванием, вдавливанием, вибрацией. При длине электродов до 10 м достаточно эффективным оказалось их ввертывание электрическим приводом.

Погруженные в грунт вертикальные электроды соединяют стальны­ми полосами или круглой сталью на глубине 0,5-0,7 м, приваренными к верхним концам вертикальных электродов. Круглая малоуглероди­стая сталь диаметром 10—16 мм имеет при прочих равных условиях большую устойчивость против коррозии, чем полосовая сталь.

Обычно заземлитель состоит из нескольких параллельно соединен­ных электродов, расположенных на относительно небольших расстоя-друг от друга. Это вызывает экранирование, приводящее к относительному уменьшению объема грунта при растекании тока с каждого электрода, и увеличивает сопротивление заземлителя. Если заземлитель из одного электрода имеет сопротивление R_э, то заземлитель параллельно заключенных электродов имеет сопротивление

где К_{и. э} - коэффициент использования электрода, который уменьша­ется с увеличением числа электродов и уменьшением расстояний между ними. Увеличение числа вертикальных электродов при тех же разме­рах ряда или контура приводит к незначительному уменьшению сопро­тивления растеканию.