Заземление на стороне переменного тока

В системах канализации электрической энергии находят применение четырех- и пятипроводные линии (трехпроводные линии используют крайне редко). Некоторые варианты систем заземления приведены на рисунке 15.

- 22-

а) система TN-S; б) система TN-C; в) система TT; г) система IT.

Рисунок 15 – Заземление на стороне переменного тока

На рисунке применяются следующие обозначения:

Первая буква - характер заземления источника питания:

Т - непосредственное присоединение одной точки токоведущих частей ис-

точника питания к земле;

I - все токоведущие части изолированы от земли или одна точка заземлена через сопротивление.

Вторая буква - характер заземления открытых проводящих частей электроустановки:

Т - непосредственная связь открытых проводящих частей с землей, независимо от характера связи источника питания с землей;

N - непосредственная связь открытых проводящих частей с точкой заземления источника питания (в системах переменного тока обычно заземляется нейтраль).

Последующие буквы - устройство нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

S - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками.

С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике.

	нулевой рабочий проводник (N)
	нулевой защитный проводник (РЕ)
	совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник (PEN)

- 23-

1 – заземление источника энергии;

2 – открытые проводящие части;

3 – заземление корпуса оборудования;

4 – заземляющий резистор;

L1, L2, L3 – фазы сети.

В системе ТN-S нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно; в системе TN-С нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены по всей сети; в системе TT корпуса оборудования заземляются отдельно; в системе IT заземление нейтрали проводится через сопротивление.

Практические схемы заземления могут иметь и другие конфигурации.

Заземление на стороне постоянного тока

Решение о заземлении положительного или отрицательного полюса должно основываться на полярности питания аппаратуры и учитываться электрохимическая коррозия заземлителя. Существующие системы заземления цепей постоянного тока показаны на рисунке 16. Условные обозначения соответствуют схеме рис. 15.

Возможны и другие варианты заземления.

а) Система TN- S ; б) Система TN-C; в) Система TT; г) Система IT

Рисунок 16 – Заземление на стороне постоянного тока

- 24 -

Устройство заземлений

Заземляющие устройства делят на защитное и рабочее. Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы электроустановки. За

щитное заземление – электрическое соединение части электроустановки, нормально не находящейся под напряжением с заземляющим устройством, обеспечивающим электробезопасность персонала. Для выполнения заземлений различных назначений и разных напряжений рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство, удовлетворяющее требованиям к заземлению этих установок /5/.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющих проводников.

В качестве заземлителей используются в первую очередь естественные заземлители: проложенные в земле стальные водопроводные трубы, стальная броня и свинцовые оболочки силовых кабелей, проложенных в земле, металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежный контакт с землей.

Если естественных заземлителей недостаточно, то применяют искусственные заземлители.

Конструктивно искусственный заземлитель выполняется в виде одного – двух рядов горизонтальных и вертикальных электродов. Для электродов искусственных заземлителей применяются забиваемые в землю отрезки труб диаметром 50...75 мм, стержни. Электроды должны иметь длину 2,5…5 м. Верхний конец каждого электрода должен находиться на глубине не менее 0,5…0,8 м от поверхности почвы. Электроды располагаются друг от друга на расстоянии не менее

2,5…3 м и соединяются между собой горизонтальными полосами /6/.

В открытых распределительных устройствах с напряжением выше 1 кВ вокруг площади, занятой оборудованием, прокладывается замкнутый контур из горизонтальных заземлителей, к которому присоединяется оборудование.

Заземляемые части соединяются с заземлителем проводниками. В качестве заземляющих проводников могут использоваться специально предусмотренные для этой цели проводники, сечения которых не менее установленных в /5/, или металлические конструкции зданий, подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические кожухи шинопроводов, короба, лотки, открыто проложенные трубопроводы, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления. В электроустановках выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью сечение заземляющих проводников проверяется по термической стойкости.

Расчет заземляющего устройства сводится к выбору числа и диаметра заземляющих стержней в зависимости от типа грунтов и формы электродов. Для определения сопротивления заземляющего устройства сначала рассчитывается величину сопротивления одиночного заземлителя R_В. В качестве заземлителя можно

– 25 –

принять стальную трубу, забитую вертикально в грунт на некоторую глубину h (рис 17, а). Сопротивление R_В зависит от удельного сопротивления грунта r

Ом×см (сопротивление образца грунта объемом 1 см³), длина трубы см, находя

а) вертикальный электрод; б) горизонтальный электрод

Рисунок 17 – Расположение заземлителей в грунте

щейся в грунте, наружного диаметра трубы d см и определяется по формуле /14/:

Ом,

где t –расстояние от поверхности земли до середины трубы (электрода), см.

Большое влияние на сопротивление R_В оказывает сезонное колебание прово-

димости верхних слоев грунта в зависимости от влажности и температуры воздуха. Чтобы уменьшить это влияние, необходимо трубу забивать в землю на глубину h=0,5…1,5 м от поверхности грунта до верхнего конца трубы (рис. 17, а).

Сопротивление заземлителя из стальной полосы прямоугольного сечения, уложенной горизонтально (рис.13, б.), определяется по формуле

Ом,

где – длина полосы, см; b – ширина полосы, см (b=4…6 см); h – глубина заложения полосы, см (h=40…60 см).

Наиболее важным фактором, влияющим на сопротивление растекания тока в земле, является удельное сопротивление грунта Ом×см. При проек-

тировании заземления величину r₀ определяют опытным путем для того грунта,

где будет сооружено заземляющее устройство, а коэффициент сезонности h_С

- 26 -

выбирают по таблицам. Наименьшее значение h_С =1 – для марта, наибольшее значение h_С =1,75…2,2 – для июля.

Согласно /5/ в электроустановках напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года допускается , но не более 4 Ом, где I₃ – расчетный ток замыкания на землю, в амперах. Если в нейтраль включен заземляющий резистор, то за расчетный ток принимают ток, равный 125% его номинального тока (1,25I₀)

В установках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью применяется защитное зануление - металлическая связь защищаемых частей электроустановки с нейтралью источника. Заземление нейтрали источника является рабочим, и сопротивление его не должно превышать 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 380 и 220 В источника трехфазного тока. Соединение нейтрали трансформатора или генератора с заземлителем осуществляется специальным проводником, сечение которого не меньше допустимого по /5/. Заземлитель нейтрали должен рас-

полагаться вблизи трансформатора (генератора), а для внутрицеховых подстанций около стены здания.

Нулевой рабочий проводник от трансформатора до распределительного шкафа выполняется шиной, жилой кабеля, алюминиевой оболочкой кабеля, проводимость которых, должна составлять не менее 50% проводимости фазных проводов.

В качестве нулевых защитных проводников используются изолированные и неизолированные проводники, нулевые жилы кабелей и проводов, полосовая и угловая сталь, а также металлические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные трубы электропроводок, металлические кожухи шинопроводов и др. На

воздушных линиях зануление осуществляется специальным проводом, проложен-ным на тех же опорах, что и фазные провода. Нулевой рабочий провод должен повторно заземляться: на концах воздушных линий длиной более 200 м; на от

ветвлениях от воздушной линии; на вводах от воздушной линии к электроустановке.

Сопротивление каждого повторного заземлителя не должно превышать 30, 60 Ом, а общее сопротивление всех повторных заземлителей – не более 10, 20 Ом для электроустановок 380, 220 В, соответственно. При выполнении повторных заземлений в первую очередь используются естественные заземлители (подземные части опор, грозозащитные заземления).

При повреждении изоляции в установке с глухозаземленной нейтралью возникает однофазное короткое замыкание (КЗ), ток которого равен

(1)

где U_Ф – фазное напряжение сети; - полное сопротивление петли фаза – нулевой провод; Z_Т – полное сопротивление трансформатора при за

- 27-

мыкании на корпус, значение которого приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Полное сопротивление КЗ трансформатора

Мощность трансформатора, кВ×А
Расчетное сопротивление, ZT, Ом	0,65	0,413	0,26	0,162	0,104	0,065	0,043	0,027

С допустимой для практики точностью принята алгебраическая сумма Z_П и Z_Т вместо геометрической. Ток I_К , протекающий по петле фаза – нулевой проводник, должен привести к немедленному отключению поврежденного участка, для этого кратность тока КЗ к току уставки автоматического выключателя (номинальному току расцепителя I_НР) или номинальному току плавкого элемента ближайшего предохранителя I_Н.ВСТ должна иметь нормируемую величину , которая приведена в таблице 7.

Таблица 7 - Кратность тока КЗ в сетях зануления

Вид защитного аппарата	Кратность k в помещениях
с нормальной средой	с взрывоопасной средой
Плавкие предохранители	3 IН.ВСТ	4 IН.ВСТ
Автоматические выключатели с обратнозависимой характеристикой	3 IН.Р	6 IН.Р
Автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем	1,4 IН.Р при IНОМ £ 100 А 1,25 IН.Р при IНОМ > 100 А	1,4 IН.Р при IНОМ £ 100 А 1,25 IН.Р при IНОМ > 100 А

В качестве нулевых защитных проводников применяются те же элементы, что и для заземляющих проводников, но к ним предъявляются дополнительные требования.

Расчет зануления заключается в определении сопротивления фазных и нулевых проводников по схеме сети, подсчете тока КЗ по (1) и сравнении кратности тока КЗ с нормируемой величиной. Сопротивления петли фаза – нуль шинопроводов, кабелей, стальных труб, полос и других проводников, применяемых для зануления, можно определить и найти в /6,7/.