|
СОДЕРЖАНИЕ
От издательства 3
1. Введение 4
2. Защитное заземление в сети с изолированной нейтралью 6
3. Заземляющее устройство 10
4. Напряжение шага. Напряжение прикосновения. Выравнивание потенциалов 12
5. Защитное заземление в сети с заземленной нейтралью (зануление) 14
6. В каких случаях требуется заземление 16
7. Сопротивления заземляющих устройств 18
8. Влияние характера грунта и его состояния иа сопротивление растеканию заземлителей 19
9. Естественные заземлители и заземляющие контуры 22
10. Заземляющие проводники 23
11. Прокладка заземляющих проводников, соединения и присоединения 27
12. Пример расчета заземляющего устройства 33
13. Правильная эксплуатация — основа безопасности
14. Измерение сопротивления заземляющих устройств
Литература
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Необходимость выпуска литературы для многочисленного отряда электромонтеров, ведущих ответственную работу по электрификации народного хозяйства нашей Родины, в последние годы чувствуется очень остро.
Госэнергоиздат приступает к выпуску «Библиотеки электромонтера» и выражает уверенность, что массовое распространение электротехнических знаний среди рабочих, бригадиров и мастеров будет способствовать выполнению исторических задач по строительству коммунизма, принятых XXI съездом КПСС.
В «Библиотеку электромонтера» войдут брошюры как для квалифицированных монтеров, имеющих большой практический опыт, так и для монтеров, имеющих необходимую теоретическую подготовку, но не имеющих достаточного опыта работы.
Цель этой библиотеки—объяснить, как работают электрические устройства и аппараты, показать, как выполняются простейшие электротехнические расчеты, почему в данных условиях приняты те или иные решения в части конструкций, схем и методов монтажа и эксплуатации, а также отразить передовой опыт изобретателей и рационализаторов по монтажу, наладке и эксплуатации электротехнических установок.
Издательство просит читателей присылать в редакцию свои замечания по вышедшим брошюрам и предложения о желательной тематике «Библиотеки электромонтера».
Предложения об издании брошюр вместе с кратким их содержанием следует направлять по адресу: Москва Ж-114, Шлюзовая набережная, д. 10, Госэнергоиздат, «Библиотека электромонтера».
1. ВВЕДЕНИЕ
Потребление электроэнергии находит все большее развитие в промышленности, на транспорте, в коммунальном хозяйстве, в быту и других областях.
Производство электроэнергии в Советском Союзе в 1958 г. составило 233 млрд. квт-ч. Для сравнения напомним, что в дореволюционной России в 1913 г. производство электроэнергии составляло всего 1,94 млрд. квт-ч. Таким образом, производство электроэнергии с 1913 по 1958 г. возросло в 120 раз. В 1956 г. расход электроэнергии на одного рабочего составлял 8498 квт-ч. Считается, что мировое потребление электроэнергии возрастает более чем в 2 раза через каждые 10 лет. У нас в Советском Союзе темпы роста значительно выше.
При таком широком применении электроэнергии QCo6oe значение имеет обеспечение безопасности при эксплуатации электрических установок и пользовании электрическими приемниками — двигателями, осветительными приборами, всякого рода аппаратами и другими устройствами.
Несоблюдение правил устройства электрических установок, правил их эксплуатации, неосторожное обращение с электроприемниками, прикосновение к токоведущим частям, дефекты конструкции электроприемников — все это может привести к тяжелым поражениям от электрического тока (ожоги, ослепление от дуги и т. п.) и даже к смертельным случаям.
Поражения и травмы от электрического тока могут произойти под воздействием как высоких, так и низких напряжений. Большинство несчастных случаев происходит при напряжениях 380 и 220 в (вольт), как наиболее распространенных и с которыми часто имеют дело люди, не имеющие специальной подготовки.
Таким образом, осторожное обращение с электрическими устройствами требуется всегда. При работе в особо неблагоприятных условиях, например вблизи металлических масс, в целях обеспечения безопасности для переносных электроприемников применяются пониженные напряжения 36 и 12 в.
Сопротивление человеческого тела не является величиной определенной и может иметь широкие пределы колебаний от примерно 1 000 (и ниже) до нескольких десятков тысяч ом. Оно зависит от многих условий, в частности от состояния и сопротивления кожи в месте прикосновения (сухая, влажная, наличие повреждений верхнего рогового слоя), размера поверхности прикосновения и характера его (плотный охват или случайное кратковременное прикосновение), величины приложенного напряжения и других факторов. Эти причины определяют величину тока через тело человека.
Один и тот же ток воздействует на разных людей в разной степени, а также различно на одного и того же человека в зависимости от его состояния в момент поражения. Во всяком случае токи порядка 30—40 ма (миллиампер) уже могут быть опасными для жизни (имели место случаи смертельных поражений и при более низких значениях тока) и вызывать паралич дыхания и нарушения деятельности сердца.
В ряде случаев поражения электрическим током может наступить так называемая «мнимая смерть» — состояние, когда в течение некоторого времени после поражения путем применения искусственного дыхания может быть восстановлена деятельность сердца и легких.
Одна из причин поражения электрическим током — повреждение изоляции электроприемников. При таком повреждении прикосновение к металлическому корпусу электроприемника равносильно прикосновению к голым токоведущим частям.
Чтобы защитить людей от поражения электрическим током при повреждениях изоляции, корпусы электрических приемников заземляются.
Рассмотрим, в чем состоит смысл такого заземления, которое называется защитным, и как его нужно устраивать, чтобы обеспечить необходимую безопасность. При этом будем рассматривать отдельно сети с изолированной и заземленной нейтралью, так как условия устройства заземлений в них различны.
У нас в Советском Союзе сети 3, 6, 10 и 35 кв (киловольт, т. е. тысяч вольт) работают с изолированной нейтралью трансформаторов и генераторов. Сети 380 и 220 в могут работать как с изолированной, так и с заземленной нейтралью, однако наиболее распространенные четырехпроводные сети 380/220 и 220/127 в в соответствии с требованиями «Правил» 1 должны иметь заземленную нейтраль.
2. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ
На рис. 1 изображена схема сети трехфазного тока, питаемой от трансформатора с изолированной нейтралью. Для простоты на рисунке показана только одна вторичная обмотка трансформатора. Она изображена соединенной в звезду, однако все сказанное ниже относится также к случаю соединения обмотки в треугольник.
Как бы хороша ни была в целом изоляция токоведущих частей сети от земли, все же проводники сети имеют связь с землей. Связь эта — двоякого рода.
1. Изоляция токоведущих частей имеет определенное сопротивление по отношению к земле, его обычно Рис. 1. Схема сети трехфазного выражают в мегомах (Мом
тока с изолированной нейтралью. или 1 000 000 ом). Это озна-
чает, что через изоляцию проводников и землю протекает ток некоторой величины. При хорошей изоляции этот ток весьма мал.
2. Связь второго рода образуется емкостью между проводниками сети и землей. Как это понимать?
Каждый проводник сета и землю можно представить себе как две обкладки протяженного конденсатора. В воздушных линиях проводник и земля — обкладки конденсатора, а воздух между ними — диэлектрик. В кабельных линиях обкладками конденсатора являются жила кабеля и металлическая оболочка, соединенная с землей, а диэлектриком — изоляция между жилами. При переменном напряжении изменение зарядов конденсаторов вызывает возникновение соответствующих переменных токов. Эти так называемые емкостные токи в исправной сети также равномерно распределены по длине проводов и в каждом отдельном участке замыкаются через землю. На рис. 1 сопротивления емкостей трех фаз на землю хА, хи и хс также условно показаны присоединенными каждое к одной точке сети.
Посмотрим, что же произойдет в изображенной на рис. 1 сети, если в одной из фаз (например, Л) лроизойдет замыкание на землю, т. е. провод этой фазы будет соединен с землей через относительно малое сопротивление.
Такой случай изображен на рис. 2. Поскольку сопротивление между проводом фазы А и землей мало, то токи утечки и емкостные токи на землю этой фазы заменяются током замыкания на землю. Теперь под воздействием линейного напряжения сети Uл через место замыкания и землю будут протекать токи утечки и емкостные токи двух исправных фаз, как показано стрелками на рисунке.
Замыкание, показанное на рис. 2, называется одно-фазным замыканием на землю, а возникающий при этом аварийный ток — током однофазного замыкания.
Представим себе теперь, что однофазное замыкание вследствие повреждения изоляции произошло не непосредственно ,на землю, а в каком-нибудь электроприемнике — электродвигателе, аппарате, либо на конструкцию, по которой проложены электрические провода, на ограждение электропроводок и т. д. Такое замыкание называется замыканием на корпус.
Если при этом электроприемник или конструкция выполнены из металла и не соединены надежно с землей (рис. 3), то корпус приобретает потенциал фазы сети или близкий к нему. Прикосновение к корпусу равносильно прикосновению к фазе. Через тело человека, его обувь, пол, землю, сопротивления утечки и емкостные сопротивления других фаз образуется замкнутая цепь (для простоты на рис. 3 емкостные сопротивления не показаны). Ток в этой цепи зависит от ее сопротивления и может нанести человеку тяжелое поражение или оказаться для него смертельным.
Из сказанного следует, что для протекания тока через землю необходимо наличие замкнутой цепи (иногда представляют себе, что ток «уходит в землю» — это неверно).
Чтобы предотвратить поражения людей при замыканиях на корпус, все корпуса электроприемников, металлические конструкции и т. п., которые могут оказаться из-за повреждения изоляции под опасным напряжением, должны быть заземлены (рис. 4).
Как видно из рис. 4, при наличии заземления человек, прикасающийся к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением, присоединен параллельно к цепи замыкания на участке между корпусом и землей.
Назначение защитного заземления заключается в том, чтобы создать между корпусом защищаемого устройства и землей электрическое соединение достаточно малого сопротивления, для того чтобы в случае замыкания на корпус прикосновение не могло вызвать через его тело ток такой величины, который угрожал бы его жизни или здоровью.
Отсюда следует, что для обеспечения безопасности пригодно не всякое заземление, а только имеющее достаточно малое сопротивление.
Если заземление выполнено в соответствии с требованиями «Правил», т. е. с достаточно малым сопротивлением (об этом см. ниже в § 7),то непосредственной опасности при прикосновении к заземленному корпусу не возникает.
В сетях с изолированной нейтралью отключение поврежденного участка сети при однофазных замыканиях на землю или корпус (т. е. при наличии «земли» в сети) обычно не применяется, и установка при наличии такого замыкания (о чем сигнализируют приборы контроля изоляции) может продолжать работать. Однако сеть с наличием в ней однофазного замыкания все же должна рассматриваться как находящаяся в аварийном состоянии, так как общие условия безопасности при таком состоянии сети резко ухудшаются. Так, наличие «земли» увеличивает опасность поражения электрическим током, даже при исправном заземлении. Это видно, например, из рис. 5, где показано протекание тока поражения при случайном прикосновении к токоведущему проводу и неустраненной «земле» в сети.
Помимо того, напряжения неповрежденных фаз по отношению к земле возрастают до линейных и способствуют возникновению второго замыкания на землю в другой фазе.
Образовавшееся двойное замыкание на землю представляет собой для человека более серьезную опасность по сравнению с однофазным замыканием.
Поэтому однофазное замыкание на землю и на корпус должно устраняться в кратчайший срок.
В некоторых случаях для обеспечения безопасности приходится применять, кроме заземления, еще дополнительные меры (быстродействующее отключение, выравнивание потенциалов). Так, при особо неблагоприятных условиях (например, в сырых местах — шахтах, на торфоразработках и-т. п.), а также на линиях, питающих особо ценные агрегаты, применяется специальная быстродействующая защита, отключающая аварийный участок при замыканиях на корпус (и непосредственно на землю).
Мы рассмотрели выше назначение защитных заземлений. В электрических установках имеют место и другие заземления, которые необходимы по условиям эксплуатации, например заземления разрядников, заземления нейтралей трансформаторов и др. В отличие от защитных они называются рабочими заземлениями.
3. ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Соединение заземляемых частей электроустановки с землей осуществляется при помощи заземлителей и заземляющих проводников.
Заземлители представляют собой металлические проводники (трубы, уголки, полосы), располагаемые в земле в определенных количестве и порядке.
Допустим, что в земле в точке О (рис. 6) находится заземлитель 3 в виде уголка и через этот заземлитель протекает ток однофазного замыкания на землю. Зададимся целью определить напряжения по отношению к земле 1 на разных расстояниях от заземлителя. Если замерить напряжения между точками земли, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, и точками нулевого потенциала, затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится кривая, изображенная на рис. 6.
Из этой кривой видно, что напряжения по отношению
1 Под землей в данном случае следует понимать достаточно удаленные от заземлителя точки, в которых не сказывается влияние протекающего через заземлитель тока (точки нулевого потенциала).
к земле всех точек, расположенных от заземлителя на расстояниях, больших 20 м (точка М), близки к нулю.
Причина этого явления заключается в том, что сечение массива земли, через которое протекает ток замыкания на землю, по мере удаления от заземлителя быстро увеличивается; при этом происходит растекание тока в земле. На расстоянии более 20 м от заземлителя сечение массива земли настолько возрастает, что плотность тока становится весьма малой; напряжения между точками земли и точка-
Рис. 6. Напряжение по отношению к земле на различных расстоиниях от заземлителя и напряжение шага.
ми, еще более удаленными, не обнаруживается сколько-нибудь ощутимо. Сопротивление, которое оказывает току земля на участке растекания, называется сопротивлением растеканию заземлителя. Его часто сокращенно называют сопротивлением заземлителя (не следует смешивать с сопротивлением заземлителя как проводника).
Заземляющие проводники соединяют заземляемые части электроустановок с заземлителями. В целом заземляющие проводники и заземлители образуют заземляющее устройство.
Сопротивление заземляющего устройства состоит, таким образом, из:
1) сопротивления растеканию заземлителя, в которое входит также сопротивление контакта между заземлителем и землей;
сопротивление контакта составляет незначительную часть сопротивления растеканию заземлителя; даже наличие на стальном заземлителе слоя окиси (ржавчины) не оказывает существенного влияния на сопротивление растеканию заземлителя;
2) сопротивления заземляющей сети, включающего в себя заземляющие проводники; в большинстве случаев оно составляет незначительную долю общего сопротивления заземляющего устройства.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
