3.7 Системы заземления

В энергоснабжении предприятия связи система заземления является элементом энергораспределения, и одновременно служит для защиты персо­нала от поражения электрическим током. Заземление в электропитающих установках может выполняться на стороне переменного и на стороне посто­янного тока.

На рисунке 3.10 изображены основные схемы систем заземления:

• система TN — система, в которой нейтраль источника электропитания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоеди­нены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защит­ных проводников; (на рисунке не показана);

• система Т1Ч-С - как система ТК, в которой нулевой защитный и нуле­вой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протя­жении (рисунок 3.10а);

• система Т1Ч-8 - как система ТгГ, в которой нулевой защитный и нуле­вой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рисунок 3.10б);

• система Т1Ч-С-8 — как система ТЫ, в которой функции нулевого за­щитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника электропитания (рисунок 3.10в);

• система 1Т —система, в которой нейтраль источника электропитания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имею­щие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены (ри­сунок 3.10г).

В схемах электропитания с заземлением на стороне постоянного тока в общем случае может быть заземлен положительный или отрицательный по­люс. На предприятиях связи заземляется положительный полюс источников электропитания. Типовые схемы систем заземления цепей постоянного тока показаны на рисунке 3.11.

Заземляющие устройства делятся на защитные и рабочие. Рабочее зазем­ление предназначено для создания нормальных условий работы электроуста­

новки. Защитное заземление - это 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 часто используют естественные за-землители: 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. Однако на предприятиях связи обязательным является применение в качестве основных искусственные заземлители.

Конструктивно искусственный заземлитель выполняется в виде одного или нескольких рядов вертикальных электродов (реже горизонтальных). Для электродов искусственных заземлителей применяются забиваемые в землю отрезки труб диаметром 50...75 мм или стержни, называемые электродами. Электроды должны иметь длину 2,5...5 м. Для снижения сопротивления за­земления и его стабильности рекомендуется глубину их проникновения в грунт задавать с учетом расположения глинистых слоев. 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 «Правилах устройства электроустановок» [5].

Расчет заземляющего устройства сводится к выбору числа и диаметра заземляющих стержней в зависимости от типа грунта и формы электродов [1]. Для определения сопротивления заземляющего устройства сначала рас­считывается сопротивление одиночного заземлителя Я_В. В качестве заземли-теля можно принять стальную трубу, забитую вертикально в грунт на неко­торую глубину И (рисунок 3.12б). Сопротивление Я_В зависит от удельного

сопротивления грунта р, Ом-см (сопротивление образца грунта объемом 1 см ), длины трубы /, см, находящейся в грунте, наружного диаметра трубы й, см, и определяется по формуле [14]:

^Ев =^0,3667[^lg 7⁺2^ ]^{, Ом, (3.9)}

где: I - расстояние от поверхности земли до середины трубы (электрода),

см.

а

) б)

Рисунок 3.12 Конструкции заземлителей:

а) горизонтальный электрод; б) вертикальный электрод Большое влияние на сопротивление Я_В оказывает сезонное колебание проводимости верхних слоев грунта в зависимости от влажности и темпера­туры воздуха. Чтобы уменьшить это влияние, необходимо трубу забивать в землю на глубину И=0,5...1,5 м от поверхности грунта до верхнего конца трубы (рисунок 3.18б).

Сопротивление заземлителя из стальной полосы прямоугольного сечения, уложенной горизонтально (рисунок 3.12а), определяется по формуле:

2

Еп = ^0,366 ^^И-, Ом,

(3.10)

где: /₁ - длина полосы, см; Ь - ширина полосы, см (Ь=4... 6 см); И - глу­бина заложения полосы, см (И=40... 60 см).

Наиболее важным фактором, влияющим на сопротивление растекания тока в земле, является удельное сопротивление грунта р=р₀-цс„ Ом-см. При проектировании заземления величину р₀ определяют опытным путем для то­го грунта, где будет сооружено заземляющее устройство, а коэффициент се­

зонности ц_с выбирают по таблицам. Наименьшее значение Цс=1 - для марта, наибольшее значение ц_с=1,75...2,2 - для июля.

Согласно «Правилам устройства электроустановок» [5] в электроуста­новках напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью сопротив­ление заземляющего устройства в любое время года допускается Яз<125/1_З, но не более 4 Ом, где 1_З - расчетный ток замыкания на землю, в амперах. Ес­ли в нейтраль включен заземляющий резистор, то за расчетный ток прини­мают ток, равный 125 % его номинального тока (1,2510)

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 «Правилам устройства электроустановок» [5]. Заземлитель нейтрали дол­жен располагаться 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, сталь­ные трубы электропроводок, металлические кожухи шинопроводов и др.

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

1_к=иф/(1_п+1_т) (3.11)

где: 11ф - фазное напряжение электросети; Z_n = - полное со-

противление цепи фаза - нулевой провод; 2_Т - полное сопротивление транс­форматора при замыкании на корпус, значения которого приведены в табли­це 3.1.

С

Таблица 3. 1 Полное сопротивление короткого замыкания трансформатора

Мощность трансформатора, кВ -А	40	63	100	160	250	400	630	1000
Расчетное сопротивление 2т„ Ом	0,65	0,413	0,26	0,162	0,104	0,065	0,043	0,027

допустимой для практики точностью принята алгебраическая сумма 2_П и 2_Т вместо геометрической. Ток 1_К, протекающий по петле фаза - нулевой проводник, должен привести к немедленному отключению поврежденного участка, для этого кратность тока короткого замыкания к току уставки авто­матического выключателя (номинальному току расцепителя 1_НР) или номи­нальному току плавкого элемента ближайшего предохранителя 1_РВст должна иметь нормируемую величину (таблица 3.2).

Т

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

Вид защитного аппарата		Кратность к в помещениях
		с нормальной средой		с взрывоопасной средой
Плавкие предохранители	31НВст		41НВст
Автоматические выключатели с обратной характеристикой	31нр		61нр
Автоматические выключатели с электромагнитным расцепи-телем	1,41нр при 1ном<100 А; 1,251нр при 1ном> 100 А		1,41нр при 1ном<100 А; 1,251нр при 1ном>100 А

аблица 3.2 Кратность тока короткого замыкания в сетях с занулением

Расчет зануления заключается в определении сопротивления фазных и нулевых проводников по схеме сети, в подсчете тока КЗ по формуле (2) и сравнении кратности тока короткого замыкания с нормируемой величиной. Сопротивления петли фаза-нуль шинопроводов, кабелей, стальных труб, по­лос и других проводников, применяемых для зануления, можно определить и найти в соответствующих справочниках [6, 7].