Защитное заземление электрооборудования – устройство, принцип защиты, расчет

Защитное  заземление электрооборудования  – устройство, принцип  защиты, расчет. 

Заземляющим устройством  называется система, состоящая из заземлителей и заземляющих проводников. Оно  служит для защиты людей от поражения  электрическим током при прикосновении  их к элементам электроустановок, нормально изолированным от токоведущих  частей, но вследствие тех или иных неисправностей оказавшихся под  напряжением. Такое заземление называется защитным. Если заземляющее устройство обеспечивает нормальную работу оборудования электроустановок, оно называется рабочим.

 
Заземлитель - это металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Для устройства заземлителя применяют угловую сталь, некондиционные и маломерные трубы, круглую сталь. Кроме того, в качестве заземлителей можно использовать стальные конструкции сооружений, свинцовые оболочки кабелей, арматуру железобетонных фундаментов и стен, водопроводные и другие металлические трубопроводы, проложенные в земле, обсадные трубы артезианских скважин. Причем в этом случае заземлитель должен быть связан с заземляющими магистралями электроустановок не менее двумя проводниками, присоединенными в разных местах. 
Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих или взрывчатых газов; трубы покрытые изоляцией для защиты от коррозии; алюминиевые оболочки кабелей, голые алюминиевые провода. В грунтах, где усиленную коррозию металла могут вызвать агрессивные грунтовые воды, применяют оцинкованные или омедненные заземлители. 

Отдельные заземлители  заглубляют в землю на 2,0 - 3 м. Если грунты обладают высоким удельным сопротивлением, для уменьшения количества электродов целесообразно заглублять их на 5 - 6 м и более. Все заземлители  размещают в траншее глубиной 0,7 - 0,8 м, и после забивки они  должны выступать над дном траншеи  на 0,2 м. Как правило, электроды заземления в грунт забивают механизированным способом, применяя передвижные копры, вибраторы с закрепленными на них электродами, а также другие приспособления, в которых для  забивки электрода используются электросверлилки. 
Заглубитель электродов ЗЭ-1  состоит из полого шпинделя 1 с укрепленным на нем трехкулачковым патроном 3 и сварной рамы с колесами, насаженными на ось, которая при работе над траншеей может раздвигаться на нужную ширину. Привод шпинделя осуществляется от электродвигателя 2 мощностью 1,7 кВт. Механизм с приводом перемещается вертикально по штангам рамы. Рабочий ход (вниз) происходит за счет массы механизма заглубления и механизма самоподъема.

Рис. 1. Заглубитель электродов заземлителей ЗЭ-1: 
1 - шпиндель, 2 - электродвигатель, 
3 - трехкулачковый патрон 
 
 
 
 
 

Вверх механизм заглубления поднимается лебедкой, которая приводится в движение от электродвигателя через коническую пару. Перед началом работ электрод с заостренным концом и приваренным  к нему забурником закрепляют в патроне  шпинделя, включают двигатель и поднимают  механизм ввертывания в верхнее  положение. Затем начинают погружение электрода в грунт, причем глубина  погружения равна величине хода подвижной  части. После этого электродвигатель выключают, патрон снимают с электрода, опять поднимают механизм ввертывания  в верхнее положение, снова закрепляют электрод в патроне и повторяют  процесс заглубления электрода. Эту операцию выполняют столько  раз, сколько необходимо для заглубления  электрода на нужную глубину. 
Заглубитель прост в устройстве, удобен в эксплуатации, отличается высокой производительностью: электрод длиной 5 м погружается в обычный грунт за 4 мин, а в мерзлый грунт - за 12 мин. 
Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземлители с заземляемыми частями электроустановки. 
Заземляющими проводниками могут служить стальные конструкции зданий, стальные трубы электропроводок при толщине стенок труб не менее 1,5 мм, каркасы распределительных устройств и т. д. при условии, что они надежно соединены с заземляющим устройством или нулевым проводом в помещениях, где применяется заземление. 
Стальные магистральные проводники прокладывают в сухих помещениях открыто, вплотную к стене. В сырых и особо сырых помещениях заземляющие шины прокладывают на расстоянии не менее 10 мм от стен. Заземляющие проводники прикрепляют на сварке к закладным деталям, устанавливаемым на расстоянии 500 - 900 мм друг от друга в процессе строительных работ, в местах, удобных для осмотра. При проходах через стены и перекрытия проводники прокладывают в открытых отверстиях или в стальных трубах (обоймах). Заземляющие проводники присоединяют к металлическим оболочкам кабелей медными гибкими проводниками внахлестку, а сверху делают проволочный бандаж с пропайкой. 
Каждый заземляемый элемент установки присоединяется к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления проводника. Последовательное подсоединение к заземляющему проводнику нескольких элементов запрещается. 
При номинальном напряжении переменного тока ниже 42 В и постоянного тока ниже 110 В заземления электроустановок не требуется. 
При напряжении переменного тока выше 42 В и постоянного тока выше 110 В защитное заземление применяют только в наружных установках, в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных. 
Заземление электроустановок напряжением 500 В и выше выполняют во всех случаях. 
Заземлению подлежат: корпуса трансформаторов, аппаратов, электрических машин, светильников, пусковой аппаратуры, приводы выключателей и разъединителей, каркасы распределительных щитов, щитков, шкафов и щитов управления, металлические конструкции распределительных устройств, кабельных конструкций и корпусов кабельных муфт, металлические оболочки и броня силовых, контрольных кабелей и проводов, стальные трубы электропроводок, арматура железобетонных опор воздушных линий, вторичные обмотки измерительных трансформаторов. 
Заземлению не подлежат: арматура подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных конструкциях, корпуса электроизмерительных приборов, реле и т. д. на щитах, шкафах и стенах камер РУ, разъемные или открывающиеся части металлических заземленных каркасов ограждений, шкафов, дверей РУ, оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях. 
Присоединение заземляющих магистралей к заземлителям, а также полос связи к заземлителям из труб и стержней, а также угловой стали следует выполнять на сварке (рис. 42, а, б, в). Полосы связи и магистрали заземления сваривают внахлестку, длина которой должна быть не менее двойной ширины полосы при прямоугольном сечении проводников и шести диаметров - при круглом сечении (рис.42, г). Сварочный шов накладывают в два слоя по всем сторонам соединения. Прочность сварки проверяют сильными ударами молотка массой 1,5 - 2 кг по сварным швам.

Расположенные в земле заземлители и заземляющие  проводники не окрашивают. 
Сечения заземлителей и заземляющих проводников должны быть не менее указанными в табл. 1.  
При использовании в качестве заземляющих проводников трубной электропроводки должны быть надежно выполнены металлические соединения труб друг с другом и с корпусом электрооборудования, в которые они вводятся. Открыто проложенные заземляющие проводники окрашиваются в черный цвет. В соответствии с правилами в каждом вновь смонтированном заземляющем устройстве проверяют: состояние его элементов, находящихся в земле, путем выборочного осмотра со вскрытием грунта, других элементов - в пределах доступности осмотру; наличие цепи между заземлителями и заземляющими проводниками; состояние пробивных предохранителей в установках напряжением до 1000 В; полное сопротивление петли "фаза - нуль" в установках напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали;  соответствие нормам сопротивления заземляющих устройств (табл. 2);  соответствие сечений заземляющих проводников проекту и требованиям Правил устройств электроустановок (ПУЭ). 
При ремонте оборудования подстанции одновременно ремонтируют заземляющую сеть. Ремонт заземления заключается в проверке сварных швов, соединяющих ее отдельные участки. Для этого молотком массой 600 - 800 г ударяют по сварным стыкам. При обнаружении дефекта сварной шов вырубают зубилом и заваривают вновь электросваркой, автогенной или термитной сваркой.

Таблица 1. Минимально допустимые размеры заземляющих и нулевых защитных проводников

Перед началом  ремонта заземляющей сети проверяют  сопротивление заземлителя растеканию тока, и если оно не соответствует  норме, при ремонте принимают  меры к его снижению, в частности  увеличивают количество электродов заземлителя или обрабатывают землю  вокруг электродов солью. В этом случае вокруг электрода в радиусе 250 - 300 мм поочередно насыпают слой соли и  слой земли толщиной 10 - 15 мм, поливая  каждый слой соли водой. Такую обработку  солью проводят на глубину 1/3 длины  электрода. Необходимость повторной  обработки земли определяют по результатам  очередных испытаний заземления. 
Сопротивление заземляющих устройств в соответствии с "Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей" измеряют сразу после монтажа, после 1 года эксплуатации и далее - не реже одного раза в 3 года.

Таблица 2. Максимально допустимые значения сопротивления заземляющих устройств и устройств грозозащиты.

Принцип защитного действия.

Защитное действие заземления основано на двух принципах:

• Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
• Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО).

Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием устройств защитного отключения. В этом случае при большинстве  нарушений изоляции потенциал на заземлённых предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный  участок сети будет отключён в  течение очень короткого времени (десятые ÷ сотые доли секунды — время срабатывания УЗО). 

Расчет  защитного заземления.

Имеет целью определить основные параметры заземления – число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Для расчета заземления необходимы следующие  сведения:

1) характеристика  электроустановки — тип установки,  виды основного оборудования, рабочие  напряжения, способы заземления  нейтралей трансформаторов и  генераторов и т. п.;

2) план электроустановки  с указанием основных размеров  и размещения оборудования;

3) формы и  размеры электродов, из которых  предусмотрено соорудить проектируемый  групповой заземлитель, а также  предполагаемая глубина погружения  их в землю;

4) данные измерений  удельного сопротивления грунта  на участке, где должен быть  сооружен заземлитель, и сведения  о погодных (климатических) условиях, при которых производились эти  измерения, а также характеристика  климатической зоны. Если земля  принимается двухслойной, то необходимо  иметь данные измерений удельного  сопротивления обоих слоев земли  и толщина верхнего слоя;

5) данные о  естественных заземлителях: какие  сооружения могут быть использованы  для этой цели и сопротивления  их растеканию тока, полученные  непосредственным измерением. Если  по каким-либо причинам измерить  сопротивление естественного заземлителя  невозможно, то должны быть представлены  сведения, позволяющие определить  это сопротивление расчетным  путем;

6) расчетный  ток замыкания на землю. Если  ток неизвестен, то его вычисляют  обычными способами;

7) расчетные  значения допустимых напряжений  прикосновения (и шага) и время  действия защиты, в случае если  расчет производится по напряжениям  прикосновения (и шага).

Расчет заземления производится обычно для случаев  размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны  и начали применяться инженерные способы расчета заземлителей в  многослойном грунте.

При расчете заземлителей в однородной земле   учитывается, сопротивление верхнего слоя земли (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта. Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле     обычно принимают двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев r₁, и r₂ соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h₁. Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя, и называемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле более трудоемкий. Вместе с тем он дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью, т. е. в установках напряжением 110 кВ и выше.

При расчете заземляющего устройства любым способом необходимо определить для него требуемое сопротивление.

Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства производят в соответствии с ПУЭ.

Для установок напряжением  до 1 кВ сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе типа IT должно соответствовать условию:

где R_з - сопротивление заземляющего устройства, ом; U_пр.доп – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 в; I_з – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления  заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается  сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное  выше условие, а мощность трансформаторов  и генераторов, питающих сеть, не превышает 100 кВА, в том числе суммарная  мощность трансформаторов и (или) генераторов, работающих параллельно.

Для установок напряжением  выше 1 кВ ыше 1 кВ сопротивление заземляющего устройства должно соответствовать:

• 0,5 Ом  при эффективно заземленной нейтрали (т. е. при больших токах замыкания на землю);
• 250/I_з , но не более  10 Ом  при изолированной нейтрали (т. е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В.

В этих выражениях I_з — расчетный ток замыкания на землю.

В процессе эксплуатации может произойти повышение сопротивления растеканию тока заземлителя сверх расчетного значения, поэтому необходимо периодически контролировать значение сопротивления заземлителя. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Вредные вещества – классификация, агрегатное состояние, пути поступления в организм, действие на человека.

На человека в процессе его трудовой деятельности могут воздействовать вредные (вызывающие заболевания) производственные факторы. Вредные производственные факторы  подразделяются на четыре группы: физические, химические, биологические и психофизиологические.

Вредными для  здоровья физическими факторами  являются: повышенная или пониженная температура воздуха рабочей  зоны; высокие влажность и скорость движения воздуха; повышенные уровни шума, вибрации, ультразвука и различных  излучений - тепловых, ионизирующих, электромагнитных, инфракрасных и др. К вредным физическим факторам относятся также запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны; недостаточная освещенность рабочих мест, проходов и проездов; повышенная яркость света и пульсация светового потока.

Химические вредные  производственные факторы по характеру  действия на организм человека подразделяются на следующие подгруппы: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие (вызывающие аллергические заболевания), канцерогенные (вызывающие развитие опухолей), мутагенные (действующие на половые клетки организма). В эту группу входят многочисленные пары и газы: пары бензола и толуола, окись углерода, сернистый ангидрид, окислы азота, аэрозоли свинца и др., токсичные пыли, образующиеся, например, при обработке резанием бериллия, свинцовистых бронз и латуней  и некоторых пластмасс с вредными наполнителями. К этой группе относятся  агрессивные жидкости (кислоты, щелочи), которые могут причинить химические ожоги кожного покрова при  соприкосновении с ними. 

Нерациональное  применение химических веществ, синтетических  материалов неблагоприятно влияет на здоровье работающих. Вредное вещество (промышленный яд), попадая в организм человека во время его профессиональной деятельности, вызывает патологические изменения. Основными источниками загрязнения воздуха производственных помещений вредными веществами могут являться сырье, компоненты и готовая продукция. Заболевания, возникающие при воздействии этих веществ, называют профессиональными отравлениями.

По степени  воздействия на организм вредные  вещества подразделяются на четыре класса опасности:

1-й - вещества  чрезвычайно опасные;

2-й - вещества  высокоопасные;

3-й - вещества  умеренно опасные;

4-й - вещества  малоопасные. 

Класс опасности  вредных веществ устанавливают  в зависимости от норм и показателей, указанных в таблице.

Токсические вещества поступают в организм человека через  дыхательные пути (ингаляционное  проникновение), желудочно-кишечный тракт  и кожу. Степень отравления зависит  от их агрегатного состояния (газообразные и парообразные вещества, жидкие и  твердые аэрозоли) и от характера  технологического процесса (нагрев вещества, измельчение и др.). Преобладающее большинство профессиональных отравлений связано с ингаляционным проникновением в организм вредных веществ, являющимся наиболее опасным, так как большая всасывающая поверхность легочных альвеол, усиленно омываемых кровью, обусловливает очень быстрое и почти беспрепятственное проникновение ядов к важнейшим жизненным центрам. Поступление токсических веществ через желудочно-кишечный тракт в производственных условиях наблюдается довольно редко. Это бывает из-за нарушения правил личной гигиены, частичного заглатывания паров и пыли, проникающих через дыхательные пути, и несоблюдения правил техники безопасности при работе в химических лабораториях. Следует отметить, что в этом случае яд попадает через систему воротной вены в печень, где превращается в менее токсические соединения. Вещества, хорошо растворимые в жирах и липоидах, могут проникать в кровь через неповрежденную кожу. Сильное отравление вызывают вещества, обладающие повышенной токсичностью, малой летучестью, быстрой растворимостью в крови. К таким веществам можно отнести, например, нитро- и аминопродукты ароматических углеводородов, тетраэтилсвинец, метиловый спирт и др. Токсические вещества в организме распределяются неодинаково, причем некоторые из них способны к накоплению в определенных тканях.

Здесь особо  можно выделить электролиты, многие из которых весьма быстро исчезают из крови и сосредоточиваются  в отдельных органах. Свинец накапливается  в основном в костях, марганец - в печени, ртуть - в почках и толстой кишке. Естественно, что особенность распределения ядов может в какой-то мере отражаться и на их дальнейшей судьбе в организме.

Вступая в круг сложных и многообразных жизненных  процессов, токсические вещества подвергаются разнообразным превращениям в ходе реакций окисления, восстановления и гидролитического расщепления. Общая  направленность этих превращений характеризуется  наиболее часто образованием менее  ядовитых соединений, хотя в отдельных  случаях могут получаться и более  токсические продукты (например, формальдегид при окислении метилового спирта). Выделение токсических веществ из организма нередко происходит тем же путем, что и поступление. Нереагирующие пары и газы частично или полностью удаляются через легкие. Значительное количество ядов и продукты их превращения выделяются через почки. Определенную роль для выделения ядов из организма играют кожные покровы, причем этот процесс в основном совершают сальные и потовые железы.

Необходимо иметь  в виду, что выделение некоторых  токсических веществ возможно в  составе женского молока (свинец, ртуть, алкоголь). Это создает опасность  отравления грудных детей. Поэтому  беременных женщин и кормящих матерей  следует временно отстранять от производственных операций, выделяющих токсические вещества. Токсическое действие отдельных вредных веществ может проявляться в виде вторичных поражений, например, колиты при мышьяковых и ртутных отравлениях, стоматиты при отравлениях свинцом и ртутью и т. д.

Опасность вредных  веществ для человека во многом определяется их химической структурой и физико-химическими  свойствами. Немаловажное значение в  отношении токсического воздействия  имеет дисперсность проникающего в  организм химического вещества, причем, чем выше дисперсность, тем токсичнее  вещество.Условия среды могут  либо усиливать, либо ослаблять его  действие. Так, при высокой температуре  воздуха опасность отравления повышается; отравления амидо- и нитросоединением бензола, например, летом бывают чаще, чем зимой. Высокая температура  влияет и на летучесть газа, скорость испарения и т. д. Установлено, что  влажность воздуха усиливает  токсичность некоторых ядов (соляная  кислота, фтористый водород).

    Существует  так же еще  классификация  вредных  веществ, в основу которых положено их действие на человеческий организм. В соответствии с наиболее распространенной (по Е.Я. Юдину и С.В. Белову) классификацией вредные вещества делятся на шесть групп: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие, канцерогенные, мутагенные, влияющие на репродуктивную (детородную) функцию человеческого организма.

    Общетоксические вещества вызывают отравление всего организма. Это оксид углерода, свинец, ртуть, мышьяк и его соединения, бензол и др.

    Раздражающие  вещества вызывают раздражение дыхательного тракта и слизистых оболочек человеческого организма. К этим веществам относятся: хлор, аммиак, пары ацетона, оксиды азота, озон и ряд других веществ.

    Сенсибилизирующие вещества действуют как аллергены, т.е. приводят к возникновению аллергии у человека. Этим свойством обладают формальдегид, различные нитросоединения, никотинамид, гексахлоран и др.

    Воздействие канцерогенных веществ на организм человека приводит к возникновению и развитию злокачественных опухолей (раковых заболеваний). Канцерогенными являются оксиды хрома, 3,4-бензпирен, бериллий и его соединения, асбест и др.