Полное сопротивление трансформаторов с вторичным

Рис. 7.3. Схема функционирования защитного заземления

Сила тока, проходящего через тело человека, попавшего под напряжение прикосновения, имеет значение

(7.5)

где ρ _s – удельное сопротивление поверхности земли в месте опоры ступней человека, Ом· м;

R_h – удельное сопротивление тела человека, Ом· м.

Напряжение прикосновения определяют как долю от напряжения U_з на корпусе, т.е.

U_h = α _прU_з = α _прI_з R_з, (7.6)

где α _пр – коэффициент напряжения прикосновения, α _пр ≤ 1.

Из выражений (7.5) и (7.6) следует

I_h = α _прI_з R_з/(2ρ _s+ R_h) (7.7)

Из формулы (7.7) видно, что чем меньше сопротивление R_з растеканию тока с заземлителей, тем меньше будет сила тока, протекающего через тело человека, попавшего под напряжение прикосновения. Поэтому величина R_з нормирована и обеспечение нормативных требований к величине R_з составляет цель проектирования заземляющих устройств.

Обычно проектирование ведут в таком порядке.

1. Определяют расчетное удельное сопротивление ρ _расч грунта в месте заложения заземляющего устройства

ρ _расч = ψ ρ _изм, (7.8)

где ψ – коэффициент сезонности, для вертикальных электродов длиной до 3 м, ψ = 1, 0-1, 9 м;

ρ _изм – измеренное удельное сопротивление грунта, Ом· м.

2. Выбирают тип заземляющего устройства и материалы для его изготовления (трубы, прутки, полосы, уголки и т.д.).

3. Определяют сопротивление одиночного заземлителя. Для трубчатого заглубленного вертикального заземлителя это сопротивление R_од будет составлять:

(7.9)

где l_т, d – длина и диаметр трубы, м;

t – расстояние от середины трубы до поверхности грунта, м.

Если найденное R_од ≤ R_н – нормативные требования к сопротивлению заземления, то расчет прекращают. В противном случае переходят к следующему этапу.

4. Определяют количество n заземлителей:

n = R_од / R_нη _в, (7.10)

где η _в – коэффициент использования вертикальных электродов группового заземлителя, изменяющийся от 0, 36 до 0, 94 и определяемый по специальным таблицам.

5. Находят сопротивление R_п горизонтальной соединительной полосы:

(7.11)

где l_п, b – длина и ширина полосы;

t_o – заглубление полосы, м.

l_п ≥ 1, 05 аn, (7.12)

где а - принятое расстояние между заземлителями, м.

Находят общее сопротивление R_o растеканию тока заземляющего устройства:

R_o= 1/(η _вn / R_o + η _г / R_п), (7.13)

где η _г – коэффициент использования горизонтальной соединительной полосы, равный 0, 19-0, 96.

Если групповой заземлитель имеет определенный вид (см. рис. 5.1, г), то его общее сопротивление растеканию тока может быть вычислено по приближенной формуле

(7.14)

где l, d, t – указаны на рис. 7.1;

k_в - коэффициент влияния вертикальных электродов, равный 0, 25-0, 89.

Изложенная выше методика основана на том, что удельное электрическое сопротивление земли не меняется с глубиной («однородная» по электрической структуре земли). Учет неоднородности электрической структуры земли («двухслойная» и «многослойная» земля) приводит к весьма сложным и громоздким формулам для расчета заземления, выполнить который можно при помощи ЭВМ.

Если параллельно с искусственными можно использовать и естественные заземлители (что понижает общие затраты на сооружение заземляющего устройства), то допустимое сопротивление искусственного заземлителя , будет составлять:

(7.15)

где R_e – сопротивление естественных заземлителей.

Заземлению как мере электробезопасности свойственны определенные недостатки: устройство его требует иногда больших затрат, не обеспечивается отключение замкнувшегося на корпус электрооборудования. Поэтому применяют и другие меры защиты – зануление и защитное отключение.

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевым защитным называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока (трансформатора) (рис. 7.4).

Рис 7.4. Схема работы зануления

Зануление применяется в электрических сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В этих сетях, кроме силовых проводов (А-В-С), имеется нулевой провод (N). Обычно такие сети и применяются для распределения электрической энергии на промышленных предприятиях, поэтому зануление – основная мера обеспечения электробезопасности на этих предприятиях.

При занулении замыкание любой из фаз на корпус электроприемника приводит к появлению тока короткого замыкания. Он воздействует на токовую защиту (предохранители с плавкими вставками, автоматы). Ее срабатывание приводит к быстрому отключению аварийного участка электроцепи. Кроме того, наличие повторных заземлений нулевого провода (см. рис. 7.4), которые должны иметь сопротивление растеканию тока R_n ≤ 30 Ом, снижает напряжение на корпусе относительно земли еще до срабатывания защиты.

Повторные заземления выполняют на концах воздушных линий длиной более 200 м, а также на вводах от воздушных линий в ЭУ, которые подлежат заземлению.

Надежное и быстрое отключение аварийного участка электроцепи при наличии зануления обеспечивается выполнением условия

l_{к∙ з} ≥ kl_н, (7.16)

где l_{к∙ з} – сила тока короткого замыкания, А;

k – коэффициент безопасности, равный 3 – для плавких предохранителей, 1, 2-1, 4 – для автоматов (во взрывоопасных помещениях повышается);

l_н – номинальная сила тока плавкий вставки предохранителя или уставки автомата.

Для обеспечения условия (7.16) соответствующим образом подбираются фазные и нулевые защитные проводники. Их общее сопротивление должно удовлетворять неравенству

(7.17)

где Z_ф, Z_н – допустимые полные сопротивления фазного и нулевого проводов, определяемые по справочникам, Ом;

U_ф – фазное напряжение, В;

Z_т – полное сопротивление трансформатора, Ом (табл. 7.1).

Таблица 7.1

Полное сопротивление трансформаторов с вторичным

напряжением 400-230 В

Полное сопротивление нулевого проводника во всех случаях должно отвечать условию

(7.18)

Для повышения эффективности зануления необходимо подбирать трансформаторы со схемой «треугольник-звезда» (∆ /Y). Они имеют меньшее полное сопротивление (см. табл. 7.1).

В дополнение к системам заземления и зануления, а также в качестве основной меры защиты при эксплуатации передвижных ЭУ может применяться защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения током.

Устройства защитного отключения (УЗО) должны обеспечивать быстрое (до 0, 2 с) отключение аварийной электросети. Именно в максимальном ограничении возможного времени протекания тока через тело человека и состоит в данном случае принцип защиты.

В настоящее время широко применяются УЗО, реагирующие на появление напряжения на корпусе электроустановки относительно земли (рис.7. 5), на несимметрию фазных токов утечки, несимметрию напряжений фаз относительно земли и другие параметры. Принцип работы УЗО, изображенного на рис. 7.5, заключается в следующем. При замыкании фазы на корпус вначале должно появиться защитное действие заземления. Но если напряжение на корпус электрооборудования окажется выше допустимого, то срабатывает реле на-

Рис. 7.5. Одна из возможных принципиальных схем