Наименьшие сечения защитных проводников

Сечение фазных проводников, мм2	Наименьшее сечение защитных проводников, мм2
S £ 16	S
16 < S £ 35
S > 35	S/2

Наименьшие сечения заземляющих проводников, проложенных в земле, должны соответствовать приведённым в табл. 7.4. Прокладка в земле алюминиевых неизолированных проводников не допускается.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников сечением до 25 мм² по меди или равноценное ему из других материалов должна составлять не менее 1/3 проводимости, фазных проводников. Как правило, не требуется применение медных проводников сечением более 25 мм², алюминиевых - 35 мм², стальных - 20 мм².

Для выполнения измерений сопро­тивления заземляющего устройства в удобном месте должна быть предусмотрена возмож­ность отсоединения заземляющего проводни­ка. В электроустановках напряжением до 1 кВ таким местом, как правило, является главная заземляющая шина. Отсоединение заземляю­щего проводника должно быть возможно только при помощи инструмента.

У мест ввода заземляющих провод­ников в здания должен быть предусмотрен опознавательный знак.

Соединения и присоединения за­земляющих проводников должны быть надежными и обес­печивать непрерывность электрической цепи. Соединения стальных проводников рекомен­дуется выполнять посредством сварки. Допус­кается в помещениях и в наружных установ­ках без агрессивных сред соединять заземля­ющие дру­гими способами, обеспечивающими требова­ния ГОСТ 10434 «Соединения контактные электрические. Общие технические требова­ния» ко 2-му классу соединений.

Соединения должны быть защищены от коррозии и механических повреждений.

Для болтовых соединений должны быть предусмотрены меры против ослабления кон­такта.

Присоединения заземляющих проводников к открытым проводящим частям должны быть выполне­ны при помощи болтовых соединений или сварки.

Присоединения оборудования, подвергаю­щегося частому демонтажу или установлен­ного на движущихся частях или частях, под­верженных сотрясениям и вибрации, долж­ны выполняться при помощи гибких провод­ников.

При использовании естественных заземлителей для заземления электроустановок контактные соединения сле­дует выполнять методами, предусмотренны­ми ГОСТ 12.1.030 «ССБТ. Электробезопас­ность. Защитное заземление, зануление».

Места и способы присоединения заземляющих проводников к протяженным ес­тественным заземлителям (например, к тру­бопроводам) должны быть выбраны такими, чтобы при разъединении заземлителей для ремонтных работ ожидаемые напряжения прикосновения и расчетные значения сопро­тивления заземляющего устройства не превы­шали безопасных значений.

Присоединение каждой открытой проводящей части электроустановки к защитному заземляюще­му проводнику должно быть выполнено при помощи отдельного ответвления.

Для соединения различных заземлителей (естественных, искусственных), а также проводящих частей, расположенных в здании, используют главную заземляющую шину (ГЗШ).

Главная заземляющая шина может быть выполнена внутри вводного устройства электроустановки напряжением до 1 кВ или отдельно от него.

Внутри вводного устройствa в качестве главной заземляющей шины следует исполь­зовать шину PE.

При отдельной установке главная заземля­ющая шина должна быть расположена в дос­тупном, удобном для обслуживания месте вблизи вводного устройства.

Сечение отдельно установленной главной заземляющей шины должно быть не менее сечения PE (PEN)-проводника питающей линии.

Главная заземляющая шина должна быть, как правило, медной. Допускается применение главной заземляющей шины из стали, применение алюминиевых шин не допускается.

В конструкции шины должна быть предус­мотрена возможность индивидуального отсо­единения присоединенных к ней проводников. Отсоединение должно быть возможно только с использованием инструмента.

В местах, доступных только квалифицированному персоналу (например, щитовых помещениях жилых домов), главную заземляю­щую шину следует устанавливать открыто. В местах, доступных посторонним лицам (например, в подъездах или подвалах домов), она должна иметь защитную оболочку — шкаф или ящик с запирающейся на ключ дверцей. На дверце или на стене над шиной должен быть нанесен знак.

Если здание имеет несколько обо­собленных вводов, главная заземляющая шина должна быть выполнена для каждого ввод­ного ycтройства. При наличии встроенных трансформаторных подстанций главная зазем­ляющая шина должна устанавливаться возле каждой из них. Эти шины должны соединяться проводником уравнивания потенциалов, сечение которого должно быть не менее половины сечения PE (PEN)-проводника той линии среди отходящих от щитов низкого на­пряжения подстанций, которая имеет наиболь­шее сечение. Для соединения нескольких глав­ных заземляющих шин могут использоваться сторонние проводящие части, если они соот­ветствуют требованиям ПУЭ к непрерыв­ности и проводимости электрической цепи.

Электробезопасность будет достигнута, если напряжение, под которым человек может оказаться, прикасаясь к заземленным открытым проводящим частям (напряжение прикосновения) или только стоя на земле, не прикасаясь к открытым проводящим частям (шаговое напряжение), не будет превышать допустимых значений напряжений.

В соответствии с выражениями (7.16), (7.19) и (7.22) можно нормировать значения α₁, α₂, β₁, β₂, I_з и R_з. Значения α₁, α₂, β₁ и β₂ зависят от многих, порой трудно учитываемых, факторов. Поэтому в соответствии с ПУЭ нормируются значения R_з с учетом токов замыкания на землю I_з, рабочего напряжения установок U и мощности источников тока.

Наибольшие допустимые значения R_з, установленные «Пра­вилами устройства электроустановок», составляют:

В электроустановках до 1000 В в сетях с изолированной нейтралью (система IT):

Сопротивление заземляющего устройства R_з, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, в системе IT должно соответствовать условию:

где R_з – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

U_пр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В в помещениях без повышенной опасности и 25 В в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках для переменного тока;

I_з – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение R_з < 4 Ом. Допускается R_з до 10 Ом, если соблюдено выше приведенное условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ·А, в том числе суммарная мощность генераторов и трансформаторов, работающих параллельно.

Сопротивление заземляющего устройства R₀ системы заземления типа TN, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должны быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Сопротивление заземляющего устройства системы заземления типа ТТ должно соответствовать условию:

где R_з - суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, Ом;

I_a - ток срабатывания защитного устройства, А.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью (6 – 35кВ), т.е. при малых токах замыкания на землю, сопротивление заземляющего устройства при протекании расчётного тока замыкания на землю должно быть не более:

• 250/I_з 10 Ом при условии, что заземляющее устройство использу­ется только для электроустановок напряжением выше 1000 В;

• 50/I_з 10 Ом при условии, что заземляющее устройство используется одновременно для установок напря­жением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Здесь I₃ — расчетный ток замыкания на землю.

В электроустановках напряжением выше 1000 В при эффективно заземленной нейтрали (110 – 750 кВ), т.е. при больших токах замыкания на землю, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 0,5 Ом.

Внешний осмотр и измерение сопротивления заземляющих устройств производится при приёме в эксплуатацию и периодически в сроки, установленные Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ ЭП), при перестановке оборудования и ремонте заземлителей.

При внешнем осмотре проверяются (с предварительной раскопкой) элементы, находящиеся в грунте. Остальные элементы проверяются в пределах, доступных осмотру. Между заземляемыми объектами и заземлителями должна быть надёжная цепь, не должно быть обрывов и неудовлетворительных контактов.

Сопротивление заземляющего устройства складывается из сопротивления земли растеканию тока в объеме между заземлителем и точками земли с нулевым потенциалом, а также переходного сопротивления от заземлителя к земле и сопротивления заземлителей и заземляющих проводников. Два последних сопротивления обычно очень незначительны (порядка сотых долей) и при расчете не учитываются.

Сопротивление заземляющего устройства является его важнейшим параметром, поэтому измерение должно выполняться весьма тщательно. Сопротивление заземляющего устройства должно измеряться в периоды наименьшей проводимости земли: зимой при наибольшем его промерзании, летом при наибольшем его просыхании.

Из всех известных методов измерения сопротивления заземляющих устройств наибольшее распространение получили:

1) методы, определяющие сопротивление заземляющего устройства по величине растекающегося электрического тока и падению напряжения на заземляющем устройстве. Наиболее известен среди методов данной группы метод амперметра-вольтметра. При измерении этими методами используются приборы типа МС-07, МС-08, MRU-100, MRU-101;

2) компенсационные методы, основанные на уравновешивании падений напряжений на заземляющем устройстве и заданном калиброванном сопротивлении, используются приборы типа М 1103, Ф 4103, М 417, РНИ и др.

Все перечисленные методы независимо от принципа, положенного в основу измерения, базируются на измерении параметров электрической цепи, создаваемое в земле через заземляющее устройство, вспомогательный заземлитель и зонд (рис. 7.22.)

Рис.7.22. Схема измерения сопротивления заземляющих устройств

методом амперметра-вольтметра

Вспомогательный заземлитель (токовый электрод Т) необходим для создания замкнутой цепи электрического тока в земле. Для определения падения напряжения на заземляющем устройстве необходим еще один заземлитель, помещенный в зону нулевого потенциала в земле. Такой заземлитель получил название зонда или потенциального электрода П.

При измерении величины сопротивления заземляющего устройства методом амперметра-вольтметра измеряют ток в цепи заземляющее устройство – токовый электрод и напряжение между заземляющим устройством и потенциальным электродом (рис.7.21) и вычисляют сопротивление заземляющего устройства из выражения

Независимо от применяемого метода для получения достоверных результатов измерения необходимо соблюдение двух условий:

1) между заземляющим устройством З и токовым электродом Т должна иметься зона нулевого потенциала БВ. Несоблюдение этого условия и помещение токового электрода Т в зону растекания тока с заземляющего устройства привело бы к взаимному экранированию заземлителей и искажению результатов измерения;

2) потенциальный электрод П должен помещаться в зону нулевого потенциала (хотя и необязательно между З и Т).Только при соблюдении этого условия можно измерить полное падение напряжения на заземляющем устройстве.

Выполнение условий, обеспечивающих точное измерение, не встречает затруднение при измерении сопротивления одиночного уединенного заземлителя, так как зона нулевого потенциала лежит в радиусе 20 м от заземлителя. При измерениях сопротивления сложных заземляющих устройств расстояние между электродами выбираются по наибольшей диагонали заземляющего устройства (рис.7.23)

Рисунок 7.23. Схема распределения измерительных электродов

Расчет защитного заземления проводится с целью определения ос­новных параметров заземления — количество, 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. При этом расчет 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 ее верхнего слоя (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 ρ₁ и ρ₂ 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, но 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.

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

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

· план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

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

· 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 толщи­ны верхнего слоя;

· данные о естественных заземлителях: какие сооружения мо­гут быть использованы для этой цели и их сопротивления 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;

· расчетный ток замыкания на землю; если ток неизвестен, то его вычисляют обычными способами, при этом следует учитывать указания, приведенные ниже;

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

Определение требуемого сопротивления заземляющего уст­ройства производят по заранее заданным наибольшим допусти­мым значениям сопротивления заземляющего устройства R_з или напряжения прикосновения U_пр.доп (и шага U_ш.доп).

При использовании естественных заземлителей (которые позво­ляют получить значительную экономию средств), предписанных ПУЭ, сопротивление искусственного заземлителя R_И меньше тре­бующегося R₃

где R_е — сопротивление растеканию тока естественного заземли­теля, Ом.

Сопротивление естественных заземлителей можно вычислять по формулам для искусственных заземлителей аналогичной фор­мы или по другим формулам, встречающимся в технической ли­тературе. Например, сопротивление растеканию тока системы грозозащитный трос — опоры R_е, Ом (при числе опор с тросом более 20), определяют по приближенной формуле:

где r _оп— расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных коле­баний), сопротивление заземления одной опоры, Ом;

r _т — ак­тивное сопротивление троса на длине одного пролета, Ом;

n _т — количество тросов на опоре.

Для стального троса сечением s, мм², при длине пролета l, м, активное сопротивление можно определить как

При расчете искусственного заземлителя в однородной земле способом коэф­фициентов использования его расчетное сопротивление определя­ют в следующем порядке:

· по предварительной схеме заземлителя, нанесенной на план установки, определяют длину горизонтальных и количество n вер­тикальных электродов;

· по соответствующим формулам, приведенным в табл. 7.1, вычисляют расчетные со­противления горизонтальных электродов (суммарное сопротив­ление) R_Г и одного вертикального R_В;

· находят коэффициенты использования для вертикальных η_|в и горизонтальных η_г электродов;

· вычисляют расчетное сопротивление заземлителя R_И по урав­нению, в которое подставляют полученные расчетные значения n, R_Г, R_В, η_в, и η_г :

.

.

Рис. 7.24. К расчету сложного заземлителя в двухслойной земле: а — предварительная схема заземлителя; б — расчетная модель; ЗРУ — закрытое распределительное устройство

При расчете сложного заземлителя в двухслойной земле спо­собом наведенных потенциалов значение R_з вычисляют в следую­щем порядке:

• по предварительной схеме заземлителя (рис. 7.24, а) опре­деляют площадь территории, занимаемой заземлителем (площадь заземлителя), S, м²; суммарную длину горизонтальных электродов L_Г, м; количество n вертикальных электродов и их суммарную дли­ну: L_В = nl_В;

• составляют условную, так называемую расчетную модель (рис. 7.24, б), представляющую собой горизонтальную квадрат­ную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами. Расчетная модель имеет одинаковые с принятой схемой заземлителя: площадь S; суммарную длину горизонталь­ных и вертикальных электродов и их количество L_Г, n, l_В, L_В; глу­бину заложения в землю t_В, м, при погружении в однородную зем­лю с расчетным эквивалентным удельным сопротивлением ρ_э Ом*м, при котором искомое R имеет то же значение, что и в при­нятой схеме заземлителя в двухслойной земле;

• вычисляют:

- длину одной стороны модели, равную , м;

- число ячеек по одной стороне модели:

- если m окажется дробным числом, его округляют до целого, после чего уточняют значение L_Г:

;

- длину стороны ячейки в модели: b = /m;

- количество вертикальных электродов n, задавшись расстоя­нием a между ними, или, если n известно, — расстояние а, пред­варительно наметив расположение этих электродов на схеме мо­дели (обычно их располагают по периметру заземлителя); в этом случае n или а вычисляют по формуле n_а = 4 ;

- суммарную длину L_в вертикальных электродов L_в = n*l_в;

- относительную глубину погружения в землю вертикальных электродов t_отн

- относительную длину l_отн верхней части вертикального за­землителя, т.е. части, находящейся в верхнем слое земли;

- расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли ρ_э для сложного заземлителя (горизонтальная сетка с вертикальны­ми электродами);

• вычисляют искомое расчетное сопротивление R_з.