Нормы качества электроэнергии. Проблемы обеспечения качества электроэнергии на современном этапе развития электроэнергии

Электроэнергия, как и любая промышленная продукция, обладает определённым качеством.

Под качеством электроэнергии понимается совокупность свойств, обуславливающая её пригодность для нормальной работы ЭП в соответствии с их назначением при расчётной работоспособности [Приложения Н].

В соответствии с публикацией МЭК 50 (605) качество электроэнергии – это характеристика параметров электрической энергии, оцениваемая по их отклонениям от нормальных значений для данной ЭЭС.

Введение обязательной сертификации электрической энергии направлено на обеспечение безопасности жизни, здоровья потребителей, охрану окружающей среды и предотвращение причинения вреда имуществу потребителей.

Обязательная сертификация электрической энергии производится на соответствие её требованиям, установленным в ГОСТе 13109-97 «Качество электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», для показателей (ПКЭ); установившееся отклонение напряжения (δU_y); коэффициент искажения синусоидальности напряжения (K_u); коэффициент n-й гармонический составляющей напряжения (K_u(n)); коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности (K_2u); коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности (K_ou); отклонение частоты (∆ƒ).

По вышеперечисленным ПКЭ, а также таким ПКЭ, как размах изменения напряжения (δU_t), доза фликера (P_t), длительность провала напряжения (∆_tn), ГОСТом установлены два вида норм КЭ: нормально допускаемые и предельно допускаемые. Нормы КЭ, установленные ГОСТом 13109-97, являются уровнями электромагнитной совместимости для кондуктивных электромагнитных помех (распространяющихся по элементам электрической сети) в СЭС общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей СЭС общего пользования и ЭС потребителей электрической энергии (приёмников электрической энергии). Указанные нормы КЭ являются обязательными во всех режимах СЭС, кроме режимов, обусловленных форс-мажорными обстоятельствами (землетрясение, наводнение, ураган и др.). Нормы КЭ приведены в таблицах 4.2, 4.3 и 4.4.

Нормально допускаемые и предельно допускаемые значения установившегося отклонения напряжения δU_y (рисунок 4.29) на выводах приёмников электрической энергии равны, соответственно, ±5 %, ±10 % от номинального напряжения электрической сети.

Колебание напряжения характеризуется показателями:

- размах изменения напряжения δU_t;

_- доза фликера P_t.

Фликер – субъективное восприятие человеком колебаний светового потока искусственных источников освещения, вызванных колебаниями напряжения в электрической сети, питающей эти источники.

Доза фликера – мера восприимчивости человека к воздействию фликера за установленный промежуток времени. Нормы по допустимым дозам фликера приведены в таблице 4.2.

Предельно допустимые значения размаха изменения напряжения δU_t в точках общего присоединения к электрическим сетям при колебаниях напряжения, огибающая которых имеет форму меандра (рисунок 4.30) в зависимости от частоты повторения изменения напряжения F_δut или интервала между изменениями напряжениями ∆_ti,i+1 равны значениям, определяемым по кривой 1 рисунка 4.31 для потребителей энергии, располагающих лампами накаливания в помещениях, где требуется значительное зрительное напряжение – равны значениям, определяемым по кривой 2 рисунка 4.31. Перечень помещений с разрядами работ, требующих значительного зрительного напряжения, устанавливают в нормативных документах, утверждённых в установленном порядке.

Если интервал времени между окончанием одного изменения и началом следующего, происходящего в том же направлении, менее 30 мс, то эти изменения рассматривают как одно.

Таблица 4.2 – Показатели и нормы качества электроэнергии

Показатель КЭ, обозначение, единица измерения	Нормы	КЭ	Интервалы чередования результатов измерений ПКЭ, с
Нормально допускаемые	Предельно допускаемые
Установившееся отклонение напряжения, δUy, %	±5	±10
Коэффициент несимметрии напряжения по обратной последоватльности, K2u, %
Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последоватльности, Kou, %
Продолжение таблицы 4.2
Отклонение частоты, ∆ƒ, Гц	±0,2	±0,4
Доза фликера - кратковременная, Pst, отн. ед. - длительная, Ph, отн. ед.	- -	1,38 : 1,0 1,0 : 0,74	- -
Длительность провала напряжения, ∆tn, С	-		-

Предельное допускаемое значение коэффициента n-ой гармонической составляющей напряжения определяется по формуле

(4.68)

Таблица 4.3 – Коэффициент искажения синусоидальной кривой

Значения коэффициента искажения синусоидальной кривой напряжения, Ku, %	Интервалы усреднения результатов измерений показаний КЭ, с
Нормально допустимые	Предельно допустимые
Uном, Кв	Uном, Кв
0,38	6-20		110-330	0,38	6-20		110-330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0

Таблица 4.4 – Нормы качества электроэнергии

Коэффициент n-ой гармонической составляющей, %
Нечетные гармоники, не кратные 3	Нечетные гармоники, кратные 3*	Чётные гармоники
Uном, Кв	Uном, Кв	Uном, Кв
n	0,38	6-20		110-330	n	0,38	6-20		110-330	n	0,38	6-20		110-330
	6,0	4,0	3,0	1,0		5,0	3,0	3,0	1,5		2,0	1,5	1,0	0,5
	5,0	3,0	2,5	1,0		1,5	1,0	1,0	0,4		1,0	0,7	0,5	0,3
	3,5	2,0	2,0	1,0		0,3	0,3	0,3	0,2		0,5	0,3	0,3	0,2
	3,0	2,0	1,5	0,7		0,2	0,2	0,2	0,2		0,5	0,5	0,3	0,2
	2,0	1,5	1,0	0,5	>21	0,2	0,2	0,2	0,2		0,5	0,3	0,3	0,2
	1,5	1,0	1,0	0,4							0,2	0,2	0,2	0,2
	1,5	1,0	1,0	0,4						>12	0,2	0,2	0,2	0,2
	1,5	1,0	1,0	0,4
>25	0,2+ 1,3х 25/n	0,2+ 0,8х 25/n	0,2+ 0,8х 25/n	0,2+ 0,2х 25/n

*) Нормально допускаемые значения, приведённые для n, равных 3 и 9, относятся к однофазным электрическим сетям. В трёхфазных электрических сетях эти значения принимают вдвое меньшими приведённых в таблице.

Свойства электрической энергии, показатели и наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ приведены в таблице 4.5.

Рисунок 4.29 – Отклонение напряжения, колебания напряжения, перенапряжения, провалы напряжения

Рисунок 4.30 – Колебания напряжения произвольной формы и имеющие форму мендра

Таблица 4.5 – Основные свойства электроэнергии.

Свойства электричекой энергии	Показатели КЭ	Наиболее вероятные виновники ухудшения КЭ
1 Отклонение напряжения (рисунок 4.29)	Установившееся отклонение напряжения	Энергоснабжающая организация
2 Колебания напряжения (рисунок 4.29)	Размах изменения напряжения . Доза фликера	Потребитель с переменной нагрузкой
3 Несинусоидальность напряжения	Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения . Коэффициент n-ой гармоники	Потребитель с переменной нагрузкой
4 Несимметрия трёхфазной системы напряжений	Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности . Коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности	Потребитель с несимметричной нагрузкой
Продолжение таблицы 4.5
5 Отклонение частоты	Отклонение частоты	Энергоснабжающая организация
6 Провал напряжения (рисунок 4.29)	Длительность провала напряжения	Энергоснабжающая организация
7 Временное перенапряжение (рисунок 4.29)	Коэффициент временного перенапряжения	Энергоснабжающая организация

В СЭС многих предприятий установленные нормы качества электроэнергии не соблюдаются, что приводит к значительным экономическим убыткам и социальным издержкам. Основные причины такого положения:

- отстаивание во многих АО-Энерго роста генерирующих мощностей и развития электрических сетей от роста электрических нагрузок;

- не налажена комплексная поставка технологического оборудования, возмущающего режим электрической сети, с устройствами, компенсирующими эти возмущения;

- отстаивание электротехнической промышленности в выпуске достаточного количества и номенклатуры технических средств по контролю и автоматическому регулированию напряжения.

Устранение последнего недостатка является особо актуальным в связи со специфическими свойствами электроэнергии как товарной продукции; её нельзя складировать, процесс выработки, передачи и потребления идёт непрерывно и одновременно. Так как нельзя вернуть обратно поставщику некачественную продукцию, то необходимо обеспечить непрерывный контроль и автоматическое регулирование качества электроэнергии на всех уровнях иерархии электроэнергетической системы. А последнее возможно только при непрерывном мониторинге за качеством электроэнергии и применения современных технических средств, в частности микропроцессорной техники. В настоящее время некоторыми фирмами, в том числе АВВ, выпускаются счётчики электрической энергии, одновременно регистрирующие показатели качества электроэнергии.

4.7.4 Влияние отклонения напряжения на работу различных электроприёмников

Самым массовым электропотребителем является асинхронный электродвигатель. Отклонение напряжения на зажимах АД сверх допустимых значений приводит:

- к увеличению потерь активной мощности [изменение напряжения на 10 % против номинального увеличивает ∆Р приблизительно на (1–2) %];

- к увеличению потерь реактивной мощности (на каждый процент повышения напряжения против номинального ∆Q увеличиваются для мелких АД на (5-7) %, для АД средней мощности – на 3 %).

- к изменению скорости АД (скорость АД пропорциональна квадрату напряжения и поэтому изменяется значительно даже при небольших отклонениях напряжения).

Увеличение потребления реактивной мощности (РМ) АД при повышении напряжения приводит к увеличению потерь ∆Р не только самих АД, но и во всех элементах электрической сети, начиная с генераторов. Значительное уменьшение напряжения может вызвать снижение оборотов АД, вплоть до его опрокидывания, так как уменьшается вращающий электромагнитный момент. Увеличение ∆Р при недопустимых отклонениях напряжения вызывает перегрев АД и может значительно сократить срок их службы, а изменение скорости АД может привести в некоторых производствах к браку продукции или снижению производительности, а при опрокидывании АД – к полной остановке производства.

Влияние отклонений напряжения на работу синхронных двигателей во многом аналогично на работу АД, но имеются и свои особенности. Потери ∆Р в СД зависят не только от величины напряжения, но и от величины тока возбуждения, то есть режима работы СД по РМ. СД широко используется в СЭС как ИРМ. Отклонение напряжения на зажимах СД сверх допустимых резко уменьшает их компенсирующую способность. Так, согласно исследованиям, РМ, генерируемая СД при напряжении (1,05 – 1,1)*U_н, может составлять от 0,82*Q_н, до нуля. Дополнительные потери активной мощности и электроэнергии в СД, связанные с генерацией РМ, при повышении напряжения заметно растут. При напряжении 1,1*U_н выпадения СД из синхронизма в режимах кратковременных глубоких посадок напряжения при понижении напряжения от 1,05 до 0,95 U_н увеличивается на (8-9) %.

Самым чувствительным элементом СЭС к отклонению напряжения являются ОУ с лампами накаливания. При снижении напряжения в электрической сети резко падает освещённость. Относительная освещённость изменяется по закону показательной функции и приближённо может быть описано формулой

(4.69)

Как показывают исследования, при снижении освещённости снижается производительность труда, [уменьшение освещённости в (1,5–2) раза снижает производительность труда на (1–2) %] и ухудшаются условия безопасности труда. Повышение напряжения приводит к резкому уменьшению срока службы ламп накаливания. Приблизительно относительный срок службы ламп (T_*) изменяется по закону показателей функции

(4.70)

Для газоразрядных ламп изменение U в пределах ± 7 % существенных изменений в их работе не вызывает.

Снижение напряжения в электротермических установках сверх допустимых пределов приводит к снижению производительности установок, а в ряде случаев – и к браке продукции. На одном из заводов при обследовании электротермической установки установлено, что снижение напряжения на 7 % от номинального увеличивает срок плавки с 3 ч до 5 ч, а снижение напряжения на 10 % от номинального приводит к браку продукции с ущербом 12 тыс. рублей в год.

Ограничения в потреблении мощности и электроэнергии приводят к отклонению режима технологических установок и возникновению у предприятий ущерба. При составлении графика разгрузки предприятия необходимо иметь технико-экономические и энергитические характеристики технологических установок – зависимости ущерба от потребляемой мощности

при 0≤P_j≤Р_нj, (4.71)

где Р_нj – номинальная мощность, при которой обеспечивается выпуск планового количества продукции установленного качества.

Если функции являются непрерывными и не зависят от длительности ограничения электропотребления, то график разгрузки составляется по методике.

Для выдерживания режима потребления электроэнергии на предприятиях составляются специальные мероприятия (графики) по регулированию электрической мощности в часы максимальных нагрузок энергосистемы. В первую очередь в этот график включается периодически работающее оборудование. Но за счёт такого регулирования, как показывает опыт, удаётся снизить потребление мощности не более чем на (1–3) %. Для большинства предприятий, как правило, возможно использование так называемых потребителей-регуляторов. Это обычно энергоёмкие агрегаты (компрессоры, вентиляторы, насосы. электрические печи и т.п.), которыми можно в значительной степени регулировать график их работы производится на основе проведения ТЭР.

При нормальном электроснабжении предприятия (без ограничений) режим электропотребления должен устанавливаться с учётом наиболее эффективного использования электроэнергии при выпуске планового количества продукции установленного качества.

Методы расчёта оптимального режима потребления активной мощности требуют большого числа измерений по контролю режимов как отдельных ЭП (наиболее электроёмких, включая потребителей-регуляторы), так и групп ЭП – потребителей (агрегатов, технологических линий, цехов, производств, предприятий) и пока не выполняются в массовом порядке, так как не подготовлены ни организационно, ни методически, ни технически. Для проведения обработку результатов измерений, расчётов, выбора режимов электропотребления и управления ими на базе электронной измерительной техники и ЭВМ в настоящее время создаются специальные автоматизированные системы контроля и учёта электроэнергии (АСКУЭ) и автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ). Вопросы рационализации электропотребления и создания вышеуказанных систем на промышленных предприятиях пока решены лишь частично.

Контрольные вопросы и задания

1 Принципы деления распределительных устройств

2 Классификация электрических подстанций

3 Классификация приёмников электрической энергии

4 Примеры графиков электрической нагрузки

5 Расчётные коэффициенты, отражающие особенности характера графиков нагрузки

6 Уровни распределения входящего потока электроэнергии

7 Оценка места расположения условного центра электрических нагрузок

8 Зона рассеяния центра электрических нагрузок

9 Выбор мощности и числа силовых трансформаторов на промышленных предприятиях

10 Полная (кажущаяся) мощность в электрической цепи переменного тока

11 Типы компенсирующих устройств для снижения перетоков по сетям реактивной мощности

12 Средства компенсации реактивной мощности

13 Схемы включения батарей ёмкостной компенсации

14 Перечень норм качества электроэнергии

ГЛАВА 5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЁЖНОЙ РАБОТЫ И ЗАЩИТА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

5.1 Общие сведения о заземляющих устройствах

Применение заземляющих устройств относится к мероприятиям защиты персонала от прикосновения к частям электроустановок, которые нормально находятся не под напряжением, но вследствие нарушения изоляции токоведущих систем оказываются под напряжением.

Заземляющим устройствомназывается совокупность заземлителей и заземляющих проводников.

Заземлитель – это часть заземляющего устройства, имеющая надёжный контакт с землёй или её эквивалентом, имеющим потенциал земли. Различают два вида заземлителей:

- естественные – это электропроводящие части подземных коммуникаций, зданий, сооружений производственного или иного назначения;

- искусственные, создаваемые специально для целей заземления.

Заземляющие проводники –это металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановок с заземлителем.

Заземляющие устройства в общем случае могут быть двух видов:

- защитные, применяемые в целях защиты от поражения электрическим током;

- рабочие, необходимые для обеспечения работы электроустановок.

Далее будут рассматриваться только защитные заземляющие устройства.

Конструкция заземляющих устройств определяется видом применяемого заземлителя. Наиболее распространены два вида заземлителей: глубинные и поверхностные.

Глубинные заземлители представляют собой электроды, закапываемые в землю способами, изображенными на рисунке 5.1.

Следует отметить, что при способе (б) электрод заглубляется на расстояние h = (0,5–0,7) м., чем обеспечивается стабильность его электрических характеристик вследствие незначительных годовых колебаний влажности и температуры грунта на этой глубине.

Рисунок 5.1 – Одиночные вертикальные заземлители с расположением верхнего конца у поверхности земли (а) и ниже уровня
земли (б)

Для изготовления заземлителей в основном применяются стальные стержни, трубы и уголки.

Выбор размеров глубинных заземлителей производится с учётом следующих требований:

- необходимое электрическое сопротивление при наименьшем расходе материала;

- механическая устойчивость при погружении электрода в грунт;

- устойчивость к коррозии.

Многолетним опытом установлено, что наиболее рациональный электрод глубинного заземлителя представляет собой стальную трубу диаметром 20 мм и длиной (2–3) м. Увеличение диаметра трубы не приводит к заметному повышению эффективности заземлителя: его электрическое сопротивление снижается незначительно. Применение электродов большей длины, до 20 м, целесообразно при высоком сопротивлении грунта или при ограниченном пространстве для размещения заземляющего устройства. Если таких ограничений нет, то для повышения эффективности глубинного заземлителя применяется рядовое размещение электродов (рисунок 5.2) и образование сосредоточенного заземлителя (рисунок 5.3) или контурного заземлителя, охватывающего целый объект, например, распределительное устройство РУ (рисунок 5.4). Соединение отдельных электродов производится стальными полосами.

Поверхностные заземлителиизготовляются из металлических пластин, листов, а также из полос, образующих сетку. Располагаются они горизонтально на небольшой глубине, не более 1 м.

Поверхностные заземлители могут применяться самостоятельно, но часто их используют вместе с глубинными заземлителями для выравнивания потенциала земли в пределах территории расположения электроустановок и в прилегающих к ней внешних зонах.

Рисунок 5.2 – Расположение вертикальных заземлителей в ряд

Рисунок 5.3 – Сосредоточенный заземлитель: 1 – заземлитель; 2 – заземляющая магистраль; 3 – заземляющее ответвление; 4 – помещение, в котором установлено электрооборудование

Рисунок 5.4 – Контурный заземлитель: 1 – соединительные стальные полосы; 2 – стальные труб

5.2 Работа заземляющего устройства и его основные параметры

Работа заземляющего устройства начинается с момента повреждения изоляции между токоведущими и заземлёнными частями электроустановки (рисунок 5.5).

Ток замыкания повреждённой фазы потечёт на корпус и далее через электрод заземлителя в радиальных направлениях от его оси. Протекание тока по земле создаёт распределение потенциала на её поверхности. Наибольший потенциал будет на электроде, а при удалении его от оси он будет снижаться. Геометрическое место точек, где изменение потенциала становится пренебрежительно малым, образует зону растекания тока [обычно с радиусом (15–20) м], имеющую электрическое сопротивление, которое является одним из основных параметров заземляющего устройства. В практических расчётах и измерениях это сопротивление приводят к заземлителю, определяя его как

,Ом, (5.1)

где U_зм – напряжение между заземлителем и нулевой областью (вне зоны растекания тока), В; I_зм – ток, проходящий через заземлитель, А.

Рисунок 5.5 – Распределение потенциалов при растекании тока в земле с одиночного вертикального заземлителя

Среди других параметров заземляющих устройств различают следующие:

- напряжение прикосновения;

- шаговое напряжение;

- удельное сопротивление грунта.

Напряжение прикосновения U_пр – это разность потенциалов (при повреждении изоляции) заземлённого корпуса, которого касается человек рукой и места, на котором человек стоит (рисунок 5.4)

,В. (5.2)

По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения увеличивается и, если электроустановка, присоединённая к заземлителю, расположена на границе зоны растекания, то напряжение прикосновения становится наибольшим и равным напряжению заземлителя (рисунок 5.6)

. (5.3)

Рисунок 5.6 – Зависимость напряжения от расстояния между заземлителем и местом прикосновения

Шаговое напряжение представляет собой разность потенциалов точек опоры ног человека, идущего в пределах зоны растекания тока (рисунок 5.5)

, В, (5.4)

где φ₁ – потенциалы точек земли, соответствующих длине шага.

Совершенно очевидно, величина шагового напряжения зависит от длины шага и крутизны кривой распределения потенциала по поверхности земли в зоне растекания тока.

Эффективным средством снижения шагового напряжения является применение поверхностных заземлителей.

Внутри контурного пространства распределение потенциала поверхности пола имеет вид по рисунку 5.4 (сечение А-А) и отличается неравномерностью, способствующей появлению высокого шагового напряжения. Но если в контуре разместить поверхностный заземлитель в виде полос (1) (рисунок 5.7 а) или сетки (рисунок 5.7 б), то распределение потенциала пола выравнивается.

Вне контурного заземляющего устройства шаговое напряжение может также достичь значительной величины из-за резкого понижения потенциала поверхности земли, например, на выходе из помещения распределительного устройства РУ (рисунок 5.4).

С целью снижения шагового напряжения в этих местах прокладываются поверхностные заземлители в виде полос (3) по схемам, изображённым на рисунках 5.7 а и 5.8. Кривые снижения потенциала земли становятся положе, что способствует уменьшению шагового напряжения.

5.3 Способы заземления электроустановок

Способы заземления электроустановок различаются:

- по их напряжению:

- свыше 1000 В;

- до 1000 В;

- по состоянию нейтрали:

- нейтраль изолирована от земли;

- нейтраль подключена к земле глухо или через небольшое сопротивление (например, через первичную обмотку трансформатора тока);

- по назначению:

- передвижные электроустановки;

переносной электроинструмент.

а)

б)

Рисунок 5.7 – Выравнивание потенциалов внутри контурного заземляющего устройства: а) с помощью полос; 1 – полосы; 2 – штыри; 3 – полосы на выходе из РУ; б) с помощью заземлителя в виде сетки

Электроустановки свыше 1000 В с изолированной нейтралью имеют малые токи короткого замыкания на землю ёмкостного характера. Без учёта их компенсации сопротивление заземляющего устройства должно быть не более:

- в случае, если заземляющее устройство одновременно используется для электроустановок с напряжением ниже 1000 В

,Ом; (5.5)

- в случае, если заземляющее устройство используется только для электроустановок с напряжением выше 1000 В

, Ом; (5.6)

здесь I_кз – расчётный ток замыкания на землю;

Рисунок 5.8 – Выравнивание потенциалов за пределами контура

, А, (5.7)

где U – линейное напряжение, В; и – длины кабельных и воздушных линий соответственно, м.

Расчётный ток определяется для той части схемы электроустановки, где он получается наибольшим.

Сопротивление заземляющего устройства для таких электроустановок должно быть не более 10 Ом.

Если применяются средства компенсации ёмкостного тока, то сопротивления заземляющих устройств могут быть определены по вышеприведённым формулам (5.5) и (5.6), но вместо токов КЗ по (5.7) должны быть использованы:

- ток равный 125 % номинального тока средства компенсации, если оно присоединено к заземляющему устройству;

- остаточный ток КЗ на землю при отключении самого мощного средства компенсации, если средства компенсации не присоединены к заземляющему устройств, но этот ток не должен быть менее 30 А.

Если электроустановка оснащена релейной защитой от межфазных замыканий или снабжена предохранителями, то определение сопротивления заземляющего устройства может быть также проведено по формулам (5.6) и (5.7), но вместо расчётного тока КЗ принимается ток срабатывания защиты или ток плавления вставки предохранителей. При этом ток КЗ на землю должен быть не менее полуторакратного тока срабатывания релейной защиты или трёхкратного номинального тока предохранителей.

Электроустановки с напряжением выше 1000 В с заземлённой нейтральюотличаются большими токами, поэтому сопротивление заземляющих устройств для них должно быть круглогодично не более 0,5 Ом. Кроме того, для заземления рекомендуется использовать, по возможности, естественные заземлители.

В рассматриваемых электроустановках напряжение на заземлителе может достичь высоких значений, до нескольких тысяч вольт. Поэтому для повышения безопасности персонала время срабатывания защитных автоматических отключающих устройств должно быть минимально возможным.

Кроме того, принимаются меры по выравниванию потенциала поверхности территории расположения оборудования для снижения напряжения прикосновения и шагового напряжения. Предписывается обязательным применение дополнительных мер защиты: диэлектрической обуви, изолирующих подставок.

При оценке токов однофазного короткого замыкания на землю выбирается вариант схемы, при котором этот ток получается наибольшим, и так как значение его может быть несколько килоампер, а температура заземляющих проводников за время до срабатывания защиты не должна превышать 400° С, то сечение их по условию термической стойкости определяется по формуле

, мм², (5.8)

где I_расч – расчётный ток через проводник, А; t_n – приведённое время протекания тока, с; С – постоянная (для стали С = 74, для меди С = 195).

Электроустановки с напряжением до 1000 В с изолированной нейтральюприменяются в трёх проводных сетях переменного тока при повышенных требованиях безопасности, например, в горно-добывающей промышленности. Удовлетворение этим требованиям осуществляется следующими мерами:

- обеспечением сопротивления заземляющих устройств не более 4 Ом, а при мощности генераторов и трансформаторов менее 100 кВА – не более 10 Ом;

- оборудованием электроустановок системой контроля изоляции, целостности пробивных предохранителей, быстрым обнаружением и ликвидацией коротких замыканий на землю; автоматическим отключением неисправных участков электроустановок;

- установкой пробивного предохранителя нейтрали или фазы на стороне НН трансформаторов от опасности, возникающей при повреждении изоляции между сторонами ВН и НН.

Электроустановки с напряжением до 1000 В и с глухим заземлением нейтралиимеют четырёхпроводные сети при переменном токе и трёхпроводные при постоянном. Заземляющие устройства для них одинаковы, но при переменном токе особенность состоит в том, что обязательное автоматическое отключение участков повреждённой сети, осуществляемое средствами, включёнными в нейтраль, должно быть надёжным и иметь минимальное время отключения.

Для обеспечения этого устанавливается электрическая связь зазёмленных металлических корпусов электроустановок с зазёмленной нейтралью: образуется, так называемое, зануление по схеме, показанной на рисунке 5.9.

Рисунок 5.9 – Схема зануления

Нейтраль заземляется у источников питания на электростанциях и подстанциях. Заземляющее устройство имеет сопротивление не более 4 Ом, а если мощность источников питания (в том числе и при параллельной работе) составляет не менее 100 кВА, то не более 10 Ом.

На воздушных ЛЭП через каждые 250 м, а также на концах линий и её ответвлений длиной около 200 м устраиваются повторные заземления нейтрали (нулевого провода) преимущественно с помощью естественных заземлителей. Такие же заземления устраиваются на вводах воздушных и кабельных линий во внутрь помещения.

В сетях постоянного тока заземление нулевого провода и повторные заземления делаются с помощью искусственных заземляющих устройств не связанных с металлическими подземными трубопроводами во избежание их коррозии.

Сопротивление повторных заземляющих устройств установлено не более 10 Ом. Если в сетях нейтраль генераторов и трансформаторов заземляется устройствами с сопротивлением 10 Ом, то повторные заземления должны иметь сопротивление не более 30 Ом при их числе не менее трёх.

Передвижные электроустановки, например, электростанции, имеют заземляющие устройства, выполненные, как и для стационарных установок.

Корпуса передвижных механизмовимеют металлическую связь с заземляющими устройствами источников питания, как стационарных, так и подвижных. Соединительные заземляющие проводники выбираются по тем же требованиям, которые предъявляются к стационарным установкам. Жилы кабелей, предназначенные для целей заземления передвижных установок, имеют сечения, как и у фазных жил.

При изолированной нейтрали электрооборудования передвижного механизма, заземление может быть выполнено с использованием близлежащих заземляющих устройств преимущественно естественного вида.

Заземление передвижных электростанций и питающихся от них механизмов не требуется, если:

- те и другие расположены на общей раме и не имеют внешних соединений;

- если расстояние между передвижной электростанцией и питаемым ею подвижным механизмом не более 50 м, корпуса их соединены проводниками и также отсутствуют внешние соединения.

Передвижной электроинструментобычно однофазный с напряжением менее 1000 В. Заземление его осуществляется специальной жилой подводимого провода, которая не используется для проведения рабочего тока. Использование для этой цели нулевого заземлённого провода запрещено. Присоединение нулевого провода, по которому проходит рабочий ток при числе фаз т = 1 и заземляющего провода к заземляющей сети выполняется самостоятельно. Для этого элементы штепсельного соединения имеют специальный контакт, при этом конструкция соединения такова, что исключается использование заземляющего контакта для проведения рабочего тока.

5.4 Расчёт заземляющих устройств