Заземление или зануление в электроустановках выполняют при 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока — во всех случаях, при напряжении выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока — в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках
Во взрывоопасных установках заземление или зануление выполняют при любых напряжениях.
Заземлению или занулению подлежат: корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т п; приводы электрических аппаратов; вторичные обмотки измерительных трансформаторов; каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемные или открывающиеся части конструкций, если на последних установлено электрооборудование напряжением переменного тока выше 42 В или постоянного тока выше 110 В; металлические конструкции РУ, металлические кабельные конструкции и кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с неизолированной заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых установлено электрооборудование; металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением переменного тока до 42 В и постоянного тока до 110 В, проложенных на общих металлических конструкциях, в том числе в общих трубах, коробах, лотках и т. п., вместе с кабелями и проводами, металлические оболочки и броня которых подлежат заземлению или занулению; электрооборудование, установленное на опорах ВЛ (силовые и измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители, конденсаторы и т, п.); металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников; электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.
Указанные выше металлические части заземляют или зануляют как на стационарных, так и на передвижных электроустановках и переносных электроприемниках.
Заземлению или занулению не подлежат корпуса электроприемников с двойной изоляцией, а также корпуса электроприемников, подключаемых к сети через разделительный трансформатор.
Разрешается не выполнять преднамеренного заземления или зануления корпусов электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленных на заземленных (зануленных) металлических конструкциях, РУ, щитах, шкафах, щитках, станинах станков, машин и механизмов, при условии надежного электрического контакта с заземленными или запуленными основаниями, а также металлических конструкций РУ и других металлических конструкций, на которых установлено электрооборудование, при условии надежного электрического контакта между этими конструкциями и установленным на них заземленным или зануленным оборудованием, однако эти конструкции не могут быть использованы для заземления или зануления установленного на них другого электрооборудования.
В связи с тем что эти предписания [3] во многих случаях не выполняются, в частности при монтаже устанавливается большое число металлических перемычек, осуществляющих электрическую связь между корпусами электродвигателей и заземленными или зануленными основаниями, Главэлектромонтаж Минмонтажспецстроя совместно с Главгосэнергонадзором Минэнерго приняли решение* при монтаже электрооборудования на промышленных предприятиях во всех помещениях, кроме особо сырых и с химически активной средой, отказаться от установки металлической перемычки между корпусом электродвигателя и заземленным (зануленным) металлическим основанием при креплении электродвигателя к этой конструкции с помощью болтов и при наличии или отсутствии металлических прокладок между корпусом и металлическим основанием.
Технический циркуляр Главэлектромонтажа № 9-2-215/82 от 18 августа 1982 г„ согласованный с Главгосэнергонадзором Минэнерго СССР, Технический циркуляр № 9-2-223/84 «Об использовании эстакад промышленных предприятий в качестве заземляющих устройств» от 21 августа 1984 г.
Исследования, проведенные ВНИИпроектэлектромонтажом, показали, что при болтовом креплении электродвигателя к металлическому основанию электрическое сопротивление переходного контакта (корпус двигателя — основание) не превышает 1,4-10-3 Ом независимо от числа металлических прокладок и состояния их поверхностей и отключение перемычки не влияет на значение переходного сопротивления контакта.Решение об отказе от устройства перемычек вошло в [2] и стало законом для монтажных организаций и заказчиков.
Разрешается не выполнять преднамеренного заземления или зануления, кроме случаев, указанных выше: арматуры изоляторов всех типов, оттяжек, кронштейнов и осветительной арматуры, установленных на деревянных опорах ВЛ и деревянных конструкциях открытых подстанций, если заземление не требуется по условиям защиты от атмосферных перенапряжений, а также за исключением случаев прокладки по деревянной опоре кабеля с заземленной оболочкой или неизолированного заземляющего проводника, когда перечисленные части, расположенные на этой опоре, должны быть заземлены (занулены); съемных или открывающихся частей металлических камер РУ, шкафов, ограждений и т.д., если на съемных или открывающихся частях не установлено электрооборудование или напряжение последнего не превышает 42 В переменного тока или 110 В постоянного тока; металлических скоб, закрепов, обойм и отрезков металлических труб для проходов через стены и тому подобных элементов открытой прокладки по строительным конструкциям бронированных и небронированных кабелей и изолированных проводов.
Каждая заземляемая или зануляемая часть электроустановки присоединяется к сети заземления (зануления) при помощи отдельного ответвления (рис. 6.5). Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых (зануляемых) частей электроустановки запрещается. При этом разрешается последовательное включение нескольких стационарных металлических конструкций (рельсовых путей, обрамлений каналов, строительных ферм и колонн и т.п.), используемых в качестве заземляющих (нулевых защитных) проводников или магистралей заземления (занулений). Под один заземляющий болт магистрали заземления (зануления) разрешается присоединять только один проводник.
Рис 6 5 Схема присоединения заземляющих проводников к элементам оборудования
Защитное отключение. Во время работы с электрифицированным инструментом рабочий неизбежно прикасается к его металлическому корпусу и переносному проводу и при неисправности их изоляции может оказаться под напряжением. В условиях строительства электроинструмент часто подключается к шинам и щиткам с плавкими вставками, рассчитанными на большой ток. Время отключения инструмента в этих случаях из-за большого сопротивления петли фаза — нуль кабеля, питающего инструмент, может достигнуть нескольких секунд и оказаться опасным.
Во избежание этого при работе с электроинструментом, как правило, применяют специальные защитноотключающие устройства, обеспечивающие автоматическое отключение аварийного участка электросети и инструмента при возникновении замыкания на корпус или непосредственно на землю за время не более 0,1—0,2 с.
Защитноотключающие устройства изготовляют нескольких видов, и в зависимости от схемы они обеспечивают: контроль изоляции фаз относительно земли, контроль непрерывности цепи заземления, защиту от одно- и двухфазных замыканий на землю, а также от прикосновения к незащищенным токоведущим частям.
Наиболее широко применяют защитноотключающие устройства с трансформаторами тока нулевой последовательности (ТНП) типов С-901, ИЭ-9801, ИЭ-9807, ЗОУП-25. Эти устройства обслуживают один или несколько инструментов 380/220 В, 50 Гц.
Чувствительность защиты при замыкании фазы на землю составляет 0,01 А при времени срабатывания 0,01 — 0,05 с.
Принцип работы указанных устройств одинаков.
Для обеспечения безопасности при работе с электроинструментом могут также применяться трансформаторы с вторичным напряжением 42 В. Однако в условиях строительной площадки они менее удобны, так как при частом перемещении рабочего места необходимо перемещать и трансформатор, масса которого при мощности инструмента 1 кВт превышает 40 кг, в то время как масса защитноотключающего устройства составляет 3—5,5 кг.
Повторное заземление.
На ВЛ до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали металлическая связь с нейтралью трансформатора осуществляется нулевым проводом, положенным на тех же опорах BЛ, что и фазные. Подсоединением к нулевому проводу осуществляется и заземление железобетонных и металлических опор на таких ВЛ.
Для повышения надежности цепи заземления на случай обрыва нулевого провода [3] требуется устройство повторных заземлений нулевого провода на концах ВЛ длиной более 200 м, а также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению. Общее сопротивление повторных заземлений должно быть не более 10 Ом при напряжении 380 В, а каждого из повторных заземлителей — не более 30 Ом. При этом используют естественные заземлители, например подземные части опор, а также заземляющие устройства от грозовых перенапряжений.
Для защиты людей, находящихся в зданиях, от грозовых перенапряжений в населенных пунктах с одно-двухэтажной застройкой на ВЛ до 1 кВ, не экранированных высокими зданиями, сооружениями и высокими деревьями, выполняют повторные заземляющие устройства сопротивлением не более 30 Ом по трассе ВЛ с расстоянием, не превышающим 200 м, для районов с числом грозовых часов в году до 40 и 100 м, если число этих часов более 40.
Кроме того, такие заземляющие устройства выполняют на опорах с ответвлениями к вводам в помещения, в которых может быть сосредоточено большое количество людей (школы, ясли, больницы) или которые представляют собой большую хозяйственную ценность (животноводческие помещения, склады, мастерские), а также на конечных опорах линий, имеющих ответвления к вводам.
Естественные заземлители.
Для заземления электроустановок в первую очередь используют естественные заземлители. Если эти заземлители имеют сопротивление, удовлетворяющее требованию [3], то устройство искусственных заземлителей не выполняют.
В качестве естественных заземлителей используют железобетонные фундаменты зданий и сооружений, проложенные под землей водопроводные и другие металлические трубопроводы, обсадные трубы, металлические шпунты и другие металлические конструкции, имеющие соединение с землей. Исключение составляют трубопроводы для горючих жидкостей и горючих взрывчатых газов, чугунные трубопроводы и временные трубопроводы строительных площадок.
В качестве естественных заземлителей используют также свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые оболочки кабелей и неизолированные алюминиевые провода использовать в качестве заземлителей запрещается.
Необходимо напомнить, что до начала 80-х годов на промышленных предприятиях сооружались, как правило, искусственные заземлители в виде расположенных по периметру производственных зданий контуров заземления из большого числа заглубленных вертикально в грунт электродов (из круглой стали диаметром 16 мм), связанных между собой горизонтальной связью (круглая сталь диаметром 12—16 мм), и расположенных внутри зданий в грунте под полом выравнивающих потенциал контуров из круглой или полосовой стали На устройство таких искусственных заземлителей потреблялось большое количество дефицитного стального проката — круглой и полосовой стали.
В целях экономии дефицитного металлопроката ВНИИ- проектэлектромонтажом Минмонтажспецстроя с участием НИИЖБ Госстроя СССР были проведены теоретические и экспериментальные исследования возможности отказа от сооружения искусственных заземлителей с использованием в качестве естественных заземлителей железобетонных фундаментов производственных зданий. Исследования дали положительные результаты, на основании которых Главэлектромонтажом Минмонтажспецстроя было принято согласованное с Главгосэнергонадзором Минэнерго и Главтехнормированием Госстроя СССР решение «Об использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей» и было выдано «Унифицированное задание строительным проектным организациям по использованию металлических и железобетонных конструкций зданий в качестве заземляющих устройств».
Требования об использовании железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей приведены в [2] и в ГОСТ 12.1.030—81*.
Для решения вопроса о возможности использования железобетонных фундаментов в качестве заземлителей без сооружения искусственных заземлителей ВНИИпроектэлектромонтажом были найдены простые формулы. В частности, для наиболее распространенных случаев, когда общее заземляющее устройство используется для электроустановок выше 1 кВ и ниже 1 кВ, это условие определяется по формуле
(6.1)
где S — площадь, ограниченная периметром здания на уровне дневной поверхности земли, м; рак — удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом-м; /3 — расчетный ток замыкания на землю, А; 2-4-10-3 В-1.
При соблюдении условия (6.1) сопротивление растеканию естественного заземлителя удовлетворяет требованиям ПУЭ (т. е. будет меньше 125//,).
К строительным конструкциям, используемым в качестве заземляющих устройств, предъявляются следующие основные требования:
все элементы металлических и железобетонных конструкций должны образовывать единую электрическую цепь по металлу;
в железобетонных элементах (колоннах) должны предусматриваться закладные детали для присоединения корпусов электрического и технологического оборудования на высоте 0,5 м от пола (рис. 6.6, поз 5);
молниеприемная сетка, расположенная на кровле здания (при наличии молниезащиты), должна иметь металлическую связь с рабочей арматурой железобетонных колонн.
Экономическая эффективность использования железобетонных фундаментов в качестве заземлителей определяется экономией десятков тысяч тонн металлопроката и миллионов рублей. По расчетам ВНИИпроектэлектромонтажа отказ от сооружения искусственных заземлителей обеспечивает снижение: затрат на 1 млн. м2 площади промышленных зданий — на 106 тыс. руб., расхода металлопроката — на 335 т, трудовых затрат — на 8460 чел-дней.
Рис. 6.6. Соединение железобетонных колонн с железобетонными фундаментами, используемыми как естественные заземлители:
1 — закладная деталь; 2 — заземляющая перемычка (сталь круглая диаметром не менее 12 мм); 3 —закладная деталь (стальная полоса 50X5 мм длиной 100 мм) для подсоединения корпусов электрооборудования и технологического оборудования, 4—7 — рабочая арматура соответственно фундамента, колонны, свай и ростверка
Продолжение исследований ВНИИпроектэлектромонтажа в этой области позволило установить возможность использования эстакад всех назначений (технологических, кабельных, совмещенных), а также кабельных галерей в качестве заземляющих устройств для защитного заземления электроустановок напряжением до и свыше 1 кВ, а также для молниезащиты и защиты от статического электричества. Эстакады могут быть использованы в качестве заземляющих устройств во всех климатических зонах СССР, включая зоны вечномерзлых грунтов. По результатам указанных исследований Главэлектромонтажом (ныне НПО «Электромонтаж») Минмонтажспедстроя СССР также принято решение, согласованное с Главгосэнергонадзором Минэнерго и Главтехнормированием Госстроя СССР.
Необходимо подчеркнуть, что применение всех видов защитных покрытий для защиты железобетонных фундаментов от воздействий слабо-, средне- и сильноагрессивных сред не препятствует использованию фундаментов производственных зданий в качестве заземлителей.
Искусственные заземлители.
Если естественные заземлители удовлетворяют требованиям [3] по значениям сопротивления заземляющего устройства и по напряжению прикосновения, то искусственные заземлители должны применяться лишь при необходимости снижения токов, протекающих по естественным заземлителям или стекающих с них.
По расположению в грунте и форме искусственные заземлители делят на следующие группы:
углубленные — из круглой или полосовой стали, укладываемые горизонтально на дно котлованов по периметру фундаментов (зданий, колонн, опор). При монтаже таких заземлителей отпадает необходимость выполнения трудоемких земляных работ и возможна предварительная заготовка элементов заземлителей.
При укладке таких заземлителей на большой глубине используют грунты с большей электрической проводимостью и менее подверженные сезонным изменениям;
вертикальные — из стальных вертикально ввинчиваемых или вдавливаемых в грунт стержней из круглой стали, а также из забиваемых отрезков угловой стали;
горизонтальные — из круглой или полосовой стали, уложенные горизонтально в траншею. Эти заземлители используют и по прямому назначению, и для связи между стержнями вертикальных заземлителей.
В практике применяют также комбинированные заземлители из указанных выше, которые объединяют в общую систему.
Для заземлителей обычно применяют круглую сталь диаметром 10—16 мм, полосовую сталь сечением 40X4 мм и угловую сталь 50X50X5 мм. Трубы для этих целей применять не рекомендуется из-за их дефицита.
Длина вертикальных заземлителей принимается равной: ввинчиваемых и вдавливаемых 4,5—5 м, забиваемых 2,5—3 м. Вертикальные заземлители в плане располагают в соответствии с проектом. При уменьшении расстояния между ними суммарное сопротивление заземляющего устройства увеличивается из-за явления экранирования.
На территориях электроустановок с большим удельным сопротивлением земли (более 200 Ом-м в наиболее неблагоприятное время года) применяют углубленные заземлители, если на большей глубине удельное сопротивление земли снижается; а также искусственную обработку земли с целью снижения ее удельного сопротивления. Например, для вертикальных электродов выполняют укладку слоев соли (не увеличивающей коррозию стали — нитрат натрия, гидрат окиси кальция) и земли при диаметре обработки примерно 0,5 м на 1/3 длины электрода; после укладки каждого слоя его поливают водой; устраивают выносные заземлители, если вблизи электроустановок есть места с меньшим удельным сопротивлением земли. Выносные заземлители выполняют проводами или кабелями.
На территориях распространения вечномерзлых грунтов заземлители помещают в непромерзающие водоемы или в талые зоны, в том числе искусственные, используют также артезианские скважины.
В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников используют в первую очередь: нулевые рабочие проводники; специально предусмотренные для этой цели проводники; металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т. п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы РУ, галерей, площадок, шахт лифтов, подъемников, элеваторов, обрамление каналов и т. п.); металлические стационарно проложенные трубопроводы различного назначения (кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ и смесей, а также канализации и центрального отопления); стальные трубы электропроводок; алюминиевые оболочки кабелей; металлические кожухи шинопроводов, короба и лотки электропроводок. Не допускается использовать для этих целей металлические оболочки трубчатых проводов, изоляционных трубок, металлорукавов, несущие тросы (при тросовой электропроводке), а также броню и свинцовые оболочки кабелей и проводов. В помещениях и наружных установках, в которых требуется применение заземления, эти оболочки заземляют или зануляют, обеспечивая надежное электрическое соединение их на всем протяжении.
В этих помещениях и установках с целью выравнивания потенциала строительные металлические конструкции, стационарные металлические трубопроводы всех назначений, металлические корпуса оборудования и т. п. присоединяют к сети заземления или зануления. При этом естественные металлические контакты в сочленениях являются достаточными.
Для стационарно проложенных заземляющих проводников, как правило, применяют сталь, если для этих целей не используется нулевой провод четырехпроводной системы трехфазного тока. Наименьшие допустимые размеры заземляющих и нулевых защитных проводников, а также стальных заземлителей приведены в табл. 6.1 и 6.2.
В электроустановках напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна составлять не менее 1/3 проводимости фазных проводников, а сечение — не менее указанных в табл.
и 6.2.
Таблица 6.1. Наименьшие допустимые размеры стальных заземлителей и заземляющих и нулевых защитных проводников
Заземлители и заземляющие и нулевые защитные проводники | Прокладка | ||
в зданиях | в наружных установках | в земле | |
Круглые проводники диаметром, мм | 5 | 6 | 10 |
Прямоугольные проводники: сечение, мм2 | 24 | 48 | 48 |
толщина, мм | 3 | 4 | 4 |
Угловая сталь (толщина полок), мм | 2 | 2,5 | 4 |
Стальные трубы (толщина стенок), мм: | 2,5 | 2,5 | 3,5 |
водогазопроводные | |||
тонкостенные | 1,5 | 2,5 | Не допускаются |
В производственных помещениях с электроустановками напряжением до 1 кВ магистрали заземления из стальной полосы применяют сечением не менее 100 мм2, а напряжением выше 1 кВ — не менее 120 мм2 (допускается применение круглой стали той же проводимости).
Для передвижных и переносных электроприемников в качестве заземляющего или нулевого защитного проводника применяют отдельную жилу в общей оболочке с фазными жилами одинакового с ними сечения.
Таблица 6 2 Наименьшие допустимые сечения медных и алюминиевых заземляющих и нулевых защитных проводников в электроустановках до 1 кВ
Заземляющие и нулевые защитные проводники | Медь, мм2 | Алюминий, |
Неизолированные проводники при открытой прокладке | 4 | 6 |
Изолированные провода | 1,5* | 2,5 |
Заземляющие жилы кабелей или многожильных проводов в общей защитной оболочке с фазными жилами | 1 | 2,5 |
* При прокладке проводов в трубах допускается сечение путевых защитных проводников (медных) принимать равный 1 мм2, если фазные проводники имеют то же сечение
Во взрывоопасных установках в качестве заземляющих и нулевых защитных проводников используют проводника, специально предназначенные для этой цели. Использование для этих проводников металлических конструкций строительного и производственного назначения, стальных труб электропроводок, металлических оболочек кабелей и т. п. рассматривается лишь как дополнительная мера безопасности.
Во взрывоопасных установках в сетях напряжением до
кВ с глухозаземленной нейтралью зануление в силовых сетях выполняют с помощью специально проложенного нулевого защитного проводника: третьего — в двухпроводных (одно- и двухфазных) сетях и четвертого — в трехпроводных (трехфазных) сетях. В осветительных двухпроводных (однофазных) сетях специальный третей проводник для зануления светильника прокладывают во взрывоопасных зонах BI от ближайшего группового щитка, а в остальных взрывоопасных зонах — от нулевого рабочего проводника ближайшей ответвительной коробки.
