книги / Промывочные жидкости и тампонажные смеси

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается со­ противление ее верхнего слоя (слоя сезонных изменений), обу­ словленное промерзанием или высыханием грунта. Расчетпроиз­ водятспособом, основанным наприменении коэффициентовис­ пользования проводимости заземлителя и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых зазем­ лителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле обычно при­ нимают двухслойную модель земли с удельными сопротивле­ ниями верхнего и нижнего слоев р, и р2соответственно и тол­ щиной (мощностью) верхнего слоя hr Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в составгруппового заземлителя, и назы­ ваемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле болеетрудоемкий, но дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановкахс эффективно зазем­ ленной нейтралью, т.е. в установках напряжением 110 кВ и выше.

Длярасчетазаземлениянеобходимы следующиесведения:

•характеристика электроустановки —тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы зазем­ лениянейтралей трансформаторови генераторов и т.п.;

•план электроустановки с указанием основных размеров и размещенияоборудования;

•формы и размеры электродов, изкоторых предусмотрено со­ орудить проектируемый групповой заземлитель, атакже предпо­

лагаемаяглубинапогруженияих в землю;

• данные измерений удельного сопротивления грунтана уча­ стке, где должен бытьсооружен заземлитель, и сведенияо погод­ ных (климатических) условиях, при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны; если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивленияобоих слоевземли и толщи­ ны верхнего слоя;

• данныео естественных заземлителях: какиесооружения мо­ гут быть использованы для этой цели и их сопротивления расте­ канию тока, полученныенепосредственным измерением; если по

каким-либо причинам измерить сопротивление естественного заземлителя невозможно, то должны быть представлены сведе­ ния, позволяющие определитьэто сопротивление расчетным пу­ тем;

•расчетный токзамыкания наземлю; если токнеизвестен, то его вычисляютобычными способами, при этом следуетучитывать указания, приведенныениже;

•расчетные значения допустимых напряжений прикоснове­

ния(и шага) и времядействиязащиты, если расчетпроизводится по напряжениям прикосновения(и шага).

Определение требуемого сопротивления заземляющего уст­ ройства производят по заранее заданным наибольшим допусти­ мым значениям сопротивлениязаземляющего устройства Riy или напряженияприкосновения //прдоп(и шага //шдоп).

Наибольшие допустимые значения /^у, установленные «Пра­ вилами устройстваэлектроустановок»,составляют:

установки до 1000В

•10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансфор­ маторов, питающихданную сеть, неболее 100 кВ А;

•4 Ом во всех остальных случаях;

установки выше 1000В

•0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т.е. при больших токах замыканияназемлю);

•250//, < 10 Ом при изолированной нейтрали (т. е. при малых токах замыкания наземлю) и условии, что заземлитель использу­ ется только дляэлектроустановокнапряжением выше 1000 В;

•125//, < 10 Ом при изолированной нейтрали и условии, что заземлитель используется одновременно для установок напря­ жением до 1000 В.

Здесь /, —расчетный токзамыканияназемлю.

Определение требуемого сопротивления искусственного заземлителя. При использовании естественных заземлителей (которые позво­ ляют получить значительную экономию средств), предписанных ПУЭ, сопротивление искусственного заземлителя меньшетре­ бующегосяЛ,

где Rt —сопротивлениерастеканию токаестественного заземли­ теля, Ом.

90 000

Рис.П.34.Красчетусложногозаземлителя вдвухслойной земле а - предварительная схема заземлителя;б-расчетная модель; ЗРУзакрытоерасрпределительноеустройство

При расчете сложного заземлителя в двухслойной земле спо­ собом наведенных потенциаловзначение R вычисляютв следую­ щем порядке:

• по предварительной схеме заземлителя (рис. П.34, а) опре­ деляютплощадьтерритории, занимаемой заземлителем (площадь заземлителя), 5, м2; суммарную длинугоризонтальных электродов Z,r,м; количество п вертикальныхэлектродови их суммарнуюдли­ ну L, =п1л\

• составляют условную, так называемую расчетную модель (рис. П.34, б), представляющую собой горизонтальную квадрат­ ную сетку из взаимно пересекающихся полос с вертикальными электродами. Расчетная модель имеет одинаковые с принятой схемой заземлителя: площадь S\ суммарную длину горизонталь­ ных и вертикальных электродов и их количество Zr, п, /в, LB; глу­ бину заложенияв землю гв, м, при погружении в однородную зем­ лю с расчетным эквивалентным удельным сопротивлением р„ Ом м, при котором искомое R имеетто жезначение, что и в при­ нятой схеме заземлителяв двухслойной земле;

• вычисляют:

—длину одной стороны модели, равную V?, м; —число ячеекпо одной сторонемодели

—если т окажетсядробным числом, его округляютдоцелого, послечего уточняютзначениеLr

Ц.= 2(/w+ l)Vs;

—длинустороны ячейки в модели b = >fs/m;

—количество вертикальных электродовп, задавшисьрасстоя­ нием амежду ними, или, если п известно, —расстояние а, пред­ варительно наметив расположение этих электродов на схеме мо­ дели (обычно их располагают по периметру заземлителя); в этом

случае п или авычисляютпо формуле па = 4Vs; —суммарнуюдлину Luвертикальных электродов LB= л/в;

—относительную глубину погружения в землю вертикальных

электродов /отн; —относительную длину 1^ верхней части вертикального за­

землителя,т.е. части, находящейсяв верхнем слоеземли; —расчетное эквивалентное удельное сопротивление земли рэ

для сложного заземлителя (горизонтальная сеткас вертикальны­ ми электродами);

• вычисляютискомоерасчетноесопротивлениеR.

Ктеме9.Зануление

Общие положения. Зануление —преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроуста­ новки, могущих оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источникатокав трехфазных сетях, с глухозаземленным выводом обмотки источника тока в одно­ фазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки ис­ точникаэнергии в сетях постоянноготока.

Принципиальная схема зануления в сети трехфазного тока показананарис. П.35.

Рис.П.35.Принципиальная схемазануления втрехфазнойсетидо 1000 В 1- корпус электроустановки (электродвигатель,трансформаторит.п.);

2- аппаратызащитыоттоков КЗ (предохранители,автоматическиевыключатели ит.п.):/•„- сопротивление заземления нейтралиобмотки источникатока;г„ - со­ противление повторного заземления нулевогозащитного проводника;(/ф- фазное напряжениесети;/к- ток КЗ;/н- частьтока КЗ,протекающая через нулевой за­ щитный проводник;/,- частьтока КЗ,протекающая черезземлю

Проводник, обеспечивающий указанныесоединения зануляемых частей с глухозаземленными нейтральной точкой, а также с выводом и со средней точкой обмоток источниковтока, называ­ ется нулевым защитным проводником.

Назначение зануления —устранение опасности поражения то­ ком в случае прикосновения к корпусу электроустановки и дру­ гим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под на­

пряжением относительноземли вследствиезамыкания на корпус

и подругим причинам.

Принцип действиязануления —превращениезамыканиянакор­ пус в однофазноекороткоезамыкание(замыканиемежду фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. В качестве такой защиты выступают: плавкие предохранители или автоматы максимального тока, устанавли­ ваемыедля защиты оттоков КЗ; магнитные пускатели со встро­ енной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комби­ нированными расцепителями, осуществляющиезащиту одновре­ меннооттоковКЗи перегрузки.

Крометого, посколькузануленные корпуса(или другие нето­ коведущиеметаллическиечасти)заземлены черезнулевой защит­ ный проводник, тов аварийный период, т.е. с моментавозникно­ вения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойствоэтогозаземления, какпри защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусовчерез нулевой проводникснижаетв аварийный период их напряжениеотносительно земли.

Таким образом, зануление осуществляетдвазащитныхдейст­ вия —быстрое автоматическое отключение поврежденной уста­ новки отпитающей сети и снижениенапряжениязанулснныхме* таллических нетоковедущих частей, оказавшихсяпод напряжени­ ем, относительноземли.

Областьприменения —трехфазные четырехпроводныесети до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее рас­ пространенные сети напряжением 380/220, а также 220/127 и 660/380 В. Зануление применяется в трехпроводных сетях посто­ янного тока с глухозаземленной средней точкой обмотки источ­ ника энергии, а также в однофазныхдвухпроводных сетях пере­ менного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника тока.

Назначение элементов схемы зануления. Из рис. П.35 видно, что для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник, глухое заземлениенейтрали источникатокаи повторное заземле­ ние нулевого защитного проводника. Рассмотрим назначение этих элементов применительно к наиболее распространенным

электрическим сетям —трехфазным переменного тока. Будет ли работать схемабез нулевого защитного проводника, ролькоторого выполняетземля(рис. П.36)?

Рис.П.36.Схемабез нулевогозащитногопроводника

При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся че­ резземлю, будет проходитьток

где Uф —фазное напряжение сети, В; г0, гк —сопротивления

заземления нейтрали и корпуса, Ом. Сопротивленияобмотокис­ точника тока (например, трансформатора, питающего данную сеть) и проводов сети малы по сравнению с г0 и гк, поэтому их в

расчетнепринимаем.

В результате протеканиятокачерезсопротивление гк в землю накорпусевозникаетнапряжениеотносительноземли UK,равное падению напряженияна гк:

Ток /, может оказаться недостаточным, чтобы вызвать сра­

батывание максимальной токовой защиты, т.е. установка не от­ ключится. Чтобы устранить эту опасность, надо обеспечить бы­ строе автоматическое отключение установки, т.е. увеличить ток, проходящий через защиту, что достигается уменьшением сопро­ тивления цепи этого тока путем введения в схему нулевого за­ щитного проводникасоответствующей проводимости.

Следовательно, назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления —обеспечить необходимоедля отключения ус­ тановки значениетокаоднофазного КЗ путем созданиядляэтого токацепи смалым сопротивлением.

Изсказанноговытекаетеще один вывод в трехфазной сети до 1000 В с заземленной нейтралью без нулевого защитного провод­ ника невозможно обеспечить безопасность при замыкании фазы накорпус, поэтомутакаясетьприменятьсяне должна.

Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока. Рассмот­ рим сеть, изолированную отземли, т.е. с изолированной нейтралью обмоток источника тока и без повторного заземления нулевого защитного проводника. Нетрудно видеть, что в этой сети зануле­ ние обеспечит отключение поврежденной установки так же на­ дежно, как и в сети с заземленной нейтралью, и режим нейтрали как бы не имеетзначения. Однакопри замыкании фазы наземлю (рис. П.37, а), что можетпроизойти в результате обрываи падения провода на землю, а также при замыкании фазы на не изолиро­ ванный от земли корпус, земля приобретает потенциал фазы и между зануленным оборудованием, имеющим нулевой потенци­ ал, и землей возникает напряжение UK, близкое по значению к

фазномунапряжению сети £/ф.Онобудет существовать доотклю­

чениявсей сети вручную или до ликвидации замыканияназемлю, так как максимальнаятоковая защита при этом повреждении не сработает. Указаннаяситуацияоченьопасна.

В сети с заземленной нейтралью при таком повреждении будет практически безопасная ситуация. В этом случае £/фразделится

пропорционально сопротивлениям замыканияфазы наземлю гши заземления нейтрали г0 (рис. П.37, б), благодаря чему UKумень­

шится и будет равно падению напряжения на сопротивлении за­ землениянейтрали

Рис.П.37.Замыкание фазы на землювтрехфазной четырехпроводной сети с изо­ лированной (а) и заземленной (б) нейтральюобмоток источникатока

Какправило, сопротивление rw, котороеоказываетгрунттоку

при случайном замыкании фазы на землю, во много раз больше сопротивления специально выполненного заземления нейтра­ ли г0. Поэтому UKоказывается незначительным. Например, при

U9 =220 В, г0 =4 Ом и гзм= 100 Ом

UK=4+100220-4 = 8,5 В.

Таким образом, заземлениенейтрали обмотокисточникатока, питающего сеть до 1000 В, предназначено для снижения напря­ жения зануленных корпусов (а следовательно, нулевого защит­ ного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы наземлю.

Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника. Повторное заземление нулевого защитного проводника практи­ чески не влияетнаотключающую способностьсхемы зануления, и в этом смыслебезнего можно обойтись.

Однако при отсутствии повторного заземления нулевого за­ щитного проводника возникает опасность для людей, прика­ сающихся к зануленному оборудованию в период, пока суще­ ствует замыкание фазы на корпус. Кроме того, в случае обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за