Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Национальный Исследовательский Университет «МЭИ»
Реферат
по дисциплине: " Монтаж и наладка ЭО"
на тему: " Монтаж заземляющих устройств "
Группа: ЭЛв-50-16
Выполнил: Костов Д.П
Проверил: Титова Г.Р.
Москва 2018
Содержание
Введение.......................................................................................................... 3
1. Виды заземлителей.................................................................................... 4
2. Монтаж заземляющих устройств............................................................ 6
3. Системы заземления.................................................................................. 9
4. Измерения заземления и удельного сопротивления грунта............. 11
Список литературы ..................................................................................... 20
Введение
Электрический ток при прохождении через тело человека может вызвать тяжелые травмы, а в некоторых случаях — смерть.
Установлено, что для человека ток 15—25 мА является опасным, а более 50 мА при длительном его прохождении через тело человека может вызвать смерть. Поражение человека электрическим током возможно при соприкосновении его с теми частями электроустановок, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции одной фазы. В этих случаях, чтобы защитить обслуживающий персонал от потенциалов опасной величины, выполняют защитные заземления, т. е. все части установки, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением при повреждении изоляции фазы, соединяют проводниками с землей.
Заземлитель представляет собой металлический проводник или группу проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Металлические проводники, соединяющие заземляемые части установки с заземлителем, называются заземляющими проводниками. Совокупность заземлителей и заземляющих проводников называют заземляющим устройством, а преднамеренное электрическое соединение части электроустановки с заземляющим устройством — заземлением. Заземляют следующие металлические части электроустановок:
– корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.;
– приводы электрических аппаратов;
– вторичные обмотки измерительных трансформаторов;
– каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитов и шкафов;
– конструкции распределительных устройств, кабельные конструкции, корпуса кабельных муфт, оболочки и брони силовых и контрольных кабелей и проводов, стальные трубы электропроводки и т. п.
На воздушных линиях напряжением 6—1.0 кВ заземляют железобетонные и металлические опоры, расположенные в населенных местностях, а также каркасы и корпуса электрооборудования (разъединителей, предохранителей, разрядников), установленного на деревянных, железобетонных или металлических опорах.
Не заземляют:
– оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях (на опорных поверхностях должны быть зачищенные и незакрашенные места для обеспечения электрического контакта) ;
– корпуса электроизмерительных приборов, реле, установленных на щитах, в шкафах, а также на стенах камер распределительных устройств;
– съемные или открывающиеся части ограждений, шкафов и камер распределительных устройств, установленных на металлических заземленных каркасах.
Виды заземлителей
Разделяют три вида заземления:
рабочее зазмеление необходимо для нормального функционирования прибора или установки, которое пропускает через себя рабочий ток, составляющий часть тока в фазе трехфазной системы или в одном из полюсов постоянного тока;
зануление заземление - нейтраль трехфазного генератора или трансформатора заземлена и от нее проложен нулевой провод, выполняющий одновременно функции рабочего и защитного зануления;
заземление безопасности - главной задачей является уменьшение шагового напряжения и обеспечение электробезопасности. Это осуществляется путем снижения сопротивления каждого отдельного заземлителя и равномерным распределением потенциала по всей площади;
Заземлители могут быть естественные и искусственные. Естественными заземлителями являются: металлические конструкции зданий и сооружений, соединенные с землей, проложенные в земле металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей и горючих газов); свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле, если их не менее двух.
В том случае, когда сопротивление заземляющего устройства при использовании естественных заземлителей будет удовлетворять требованиям ПУЭ, устраивать дополнительное искусственное заземление не требуется.
В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально забитые стальные трубы с толщиной стенок не менее 3,5 мм, угловую сталь, стальные стержни диаметром не менее 6 мм, горизонтально проложенные стальные полосы толщиной не менее 4 мм и общим сечением не менее 48 мм2 и т. п. Сопротивление заземления заземлителей определяется в основном удельным сопротивлением грунта, размером и формой заземлителя, глубиной заложения его в грунте.
Внутреннюю сеть заземления в помещениях РУ выполняют в виде магистрали заземления и ответвлений от них к отдельным корпусам аппаратов.
Последовательное присоединение заземляющих корпусов электрооборудовании к магистрали заземления не допускается. Магистральную заземляющую шину соединяют с заземлителем не менее чем двумя ответвлениями, присоединяемыми к заземлителю в разных местах.
Магистральную заземляющую шину и ответвления к заземляемым частям прокладывают открыто. Открыто проложенные заземляющие проводники окрашивают в черный цвет. При окраске их в иной цвет в местах присоединений и ответвлений необходимо прочертить две полосы черного цвета на расстоянии 150 мм друг от друга.
Сечения заземляющих проводников выбирают из расчета, чтобы при протекании токов однофазных замыканий на землю температура заземляющих проводников в установках выше 1000 В с большими токами замыкания на землю не превышала 400°С, в установках до и выше 1000 В с малыми токами сечение заземляющих проводников выбирают не менее '/з сечения фазных проводников.
В электроустановках напряжением до 1000 В применяют в качестве заземляющих проводников медные и алюминиевые проводники.
Заземляющие проводники соединяют друг с другом сваркой. К заземляемым конструкциям их присоединяют тоже сваркой, а к корпусам аппаратов, машин — сваркой или болтами. Пайкой присоединяют заземляющие проводники к металлическим оболочкам кабелей и проводов.
Проходы заземляющих проводников сквозь стены и перекрытия выполняют в трубах, стальных обоймах или открытых проемах.
После погружения вертикальных заземлителей их соединяют между собой горизонтальными заземлителями (стальной полосой сечением не менее 48 мм2 и толщиной не менее 4 мм или стальным прутом диаметром не менее 10 мм) способом электрической, газовой или термитной сварки. Части заземлителя соединяют сваркой внахлестку. Длина нахлестки должна быть равна ширине проводника (при прямоугольном сечении) или шести диаметрам (при круглом сечении), а длина сварного шва должна быть соответственно не менее двойной ширины или шести диаметров. Если на месте производства работ отсутствует электроэнергия, отдельные элементы контура заземления соединяют между собой термитной сваркой.
Для. монтажа контура наружного заземления с использованием естественных заземлителей заземляющие проводники приваривают к трубопроводам. Все сварные соединения, расположенные в земле, для защиты от коррозии необходимо покрывать плотным слоем битумного лака. Сами заземлители и соединяющие их проводники окрашивать не следует, так как слой краски ухудшает контакт контура с землей.
В случаях, когда сварное соединение по каким-либо причинам затруднено, для присоединения заземляющих проводников к трубопроводам используют винтовые хомуты (полосы шириной не менее 40 мм и толщиной 4 мм). При установке хомутов контактную поверхность трубопровода зачищают до металлического блеска, а поверхность хомута облуживают припоем ПОС-40. Присоединение заземляющего проводника к хомуту должно выполняться сваркой.
Перед засыпкой траншей, в которых смонтирован наружный контур заземления, к нему приваривают стальные полосы или круглые стержни и вводят их внутрь здания, где находится оборудование, подлежащее заземлению. Таких вводов, соединяющих заземлители с внутренней заземляющей сетью, должно быть не менее двух и выполняются они стальными проводниками тех же размеров и сечений, что и для соединения заземлителей между собой. Как правило, вводы заземляющих проводников в здание прокладывают в несгораемых неметаллических трубах, выступающих по обе стороны стены примерно на 10 мм.
В цехе промышленного предприятия, в здании трансформаторной подстанции электрооборудование, подлежащее заземлению, располагается самым различным образом, и для присоединения его к системе заземления в помещении должны быть проложены заземляющие и нулевые защитные проводники. В качестве последних используют нулевые рабочие проводники (кроме взрывоопасных установок), а также: металлические конструкции зданий (колонны, фермы и т. п.); проводники, специально предназначенные для этой цели; металлические конструкции производственного назначения (каркасы распределительных устройств, подкрановые пути, шахты лифтов, обрамление каналов и т. п.); стальные трубы электропроводок; алюминиевые оболочки кабелей; металлические кожухи шинопроводов, короба и лотки; металлические стационарно проложенные трубопроводы любого назначения (кроме трубопроводов, горючих и взрывоопасных веществ и смесей, канализации и центрального отопления).
Запрещается использовать для указанной цели металлические оболочки трубчатых проводов, несущие тросы, металлорукава, броню и свинцовые оболочки кабелей, хотя сами по себе они должны заземляться или зануляться и иметь надежные соединения на всем протяжении.
Если естественные магистрали заземления использовать нельзя, то в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников используют стальные проводники, минимальные размеры которых приведены в таблице 2. Заземляющие проводники в помещениях должны быть доступны для осмотра, поэтому они (за исключением стальных труб скрытой электропроводки, оболочек кабелей и т. п.) прокладываются открыто.
Проход через стены выполняют в открытых проемах, несгораемых неметаллических трубах, а через перекрытия — в отрезках таких же труб, выступающих над полом на 30...50 мм. Заземляющие проводники проходят сквозь них свободно, за исключением взрывоопасных установок, где отверстия труб и проемов заделывают легко пробиваемым несгораемым материалом.
Перед прокладкой стальные шины выправляют, очищают и окрашивают со всех сторон. Места соединения после сварки стыков окрашивают асфальтовым лаком, масляными красками. В сухих помещениях можно воспользоваться нитроэмалями, а в помещениях с сырыми и едкими парами нужно применять краски, стойкие к химически активной среде.
В помещениях и наружных установках с неагрессивной средой в местах, доступных для осмотра и ремонта, допускается выполнять болтовые соединения заземляющих и нулевых защитных проводников при условии, что будут приняты меры против ослабления и коррозии контактных соединений.
Открыто проложенные заземляющие и нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: по зеленому фону полоски желтого цвета шириной 15 мм на расстоянии 150 мм друг от друга. Заземляющие проводники прокладывают горизонтально или вертикально; под углом их можно прокладывать только параллельно наклонным конструкциям здания.
Проводники прямоугольного сечения крепят плоскостью к кирпичной или бетонной стене с помощью строительно-монтажного пистолета или пиротехнической оправки. К деревянным стенам заземляющие проводники прикрепляют шурупами. Опоры для крепления заземляющих проводников устанавливают с соблюдением следующих расстояний: между опорами на прямых участках—600...1000 мм, от вершин углов на поворотах—100 мм, от уровня пола помещения —400...600 мм.
В сырых, особо сырых и помещениях с едкими парами крепление заземляющих проводников непосредственно к стенам не разрешается, их приваривают к опорам, закрепленным дюбелями или вмазанным в стену.
Системы заземления
Для электроустановок напряжением до 1 кВ в соответствии с ГОСТ Р 50571.1-2009 применяются следующие типы заземления систем переменного и постоянного тока:
TN — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
TN-С — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем протяжении. Это наиболее распространенная в старом жилом фонде экономичная и простая подсистема, не рекомендованная для новых построек. Главным недостатком TN-С является то, что при аварийном обрыве PEN проводника электроприборы могут оказаться под линейным напряжением. Отсутствие отдельного проводника защитного заземления РЕ снижает безопасность, поэтому нередко при такой системе делается зануление в качестве крайней меры, рассчитанной на срабатывание автоматического выключателя при коротком замыкании.
TN-S — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем протяжении. Это наиболее современная и безопасная схема заземления, рекомендуемая для строительства новых зданий. Обеспечивает хорошую защиту человека и оборудования, но требует прокладки от трансформаторной подстанции пятижильного провода в трехфазной сети или трехжильного кабеля в однофазной сети;
TN-C-S — система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников в какой-то части совмещены в одном проводнике. Подсистема TN-C-S технически легко выполнима и рекомендована для широкого применения. Недостатком является то, что при обрыве PEN проводника до точки разделения, электроприборы могут оказаться под линейным напряжением;
ТТ — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи устройства, электрически независимого от заземленной нейтрали источника. Помимо индивидуального жилищного строительства эта схема используется для временных сооружений (ларьки, павильоны). Такая система требует качественного повторного заземления и допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены.
IT — система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены. Такая схема заземления применяется в лабораториях и медицинских учреждениях, в которых проводятся опыты и работы с чувствительной аппаратурой, для сведения к минимуму токов и электромагнитных полей;
Первая буква обозначает состояние нейтрали источника питания относительно земли:
Т — заземленная нейтраль (лат. Terra);
Рис. 11. Штыревой заземлитель
Прилегающий к электроду слой имеет наименьшую поверхность, но наибольшее сопротивление. По мере удаления от электрода поверхность слоя увеличивается, а его сопротивление уменьшается. Вклад сопротивления удаленных слоев в общее сопротивление грунта быстро становится незначительным. Область, за пределами которой сопротивлением слоев земли можно пренебречь, называется областью эффективного сопротивления. Ее размер зависит от глубины погружения электрода в грунт. При вычислении сопротивления земли удельное сопротивление грунта считают неизменным. Сопротивление заземления для случая одного электрода определяется по формуле Дуайта:
R = ρ/2πL ∙ ((ln4L)-1)/r
где R — сопротивление заземления, Ом.
L — глубина погружения электрода под землю, м.
r — радиус электрода, м.
ρ — среднее удельное сопротивление грунта в Ом•м.
Анализ формулы Дуайта показывает, что увеличение диаметра штыря уменьшает сопротивление заземления незначительно, в частности удвоение диаметра снижает сопротивление меньше, чем на 10%. Гораздо сильнее влияет глубина залегания электрода. Теоретически при удвоении глубины сопротивление заземления уменьшается на 40%. Главный фактор, который в итоге определяет сопротивление заземления и глубину заземления штыря, требуемую для обеспечения заданного сопротивления — это удельное сопротивление грунта. В значительной степени оно зависит от содержания в почве электропроводящих минералов и электролитов, т.е. воды с растворенными в ней солями. Удельное сопротивление грунта сильно изменяется в зависимости от района земного шара и времени года. Сухая почва пустыни или вечная мерзлота имеют высокое сопротивление.
Из-за зависимости удельного сопротивления грунта от температуры и содержания влаги, сопротивление устройства заземления также меняется в течение года. Поскольку стабильность температуры и содержание влаги в грунте повышаются по мере удаления от поверхности, то система заземления будет эффективна круглый год, если заземлитель помещен на значительную глубину, превышающую максимальную глубину промерзания.
Необходимость измерения удельного сопротивления грунта и сопротивления заземляющего устройства возникает уже на этапе проектирования и монтажа. Для измерения сопротивления заземления используют специальные приборы, использующие принцип падения потенциала, созданного переменным током, протекающим между вспомогательным и проверяемым электродом.
Рис. 12. Схема измерения по принципу падения потенциала
Трехполюсная или трехпроводная (3p) схема измерения сопротивления на рис.12 является основной и заключается в установке в грунт двух измерительных электродов (токовый электрод H и электрод напряжения (потенциальный) S) вблизи заземляющего устройства (E) по однолучевой схеме. Электрод напряжения (S) помещают на одной линии между проверяемым заземляющим устройством (E) и токовым электродом (H) в области нулевого потенциала. Для точного измерения необходимо чтобы потенциал на вспомогательном электроде напряжения измерялся за пределами зон эффективного сопротивления, как заземляющего устройства, так и вспомогательного электрода тока. Область нулевого потенциала также расширяется с увеличением расстояния между измеряемым заземлением и вспомогательным электродом тока. На практике используется метод 62%, обеспечивающий наибольшую точность при условии однородности грунта. Пользуясь этим методом можно легко найти место установки вспомогательного электрода напряжения (точку нулевого потенциала), при расположении электродов вдоль прямой.
Рис.13. Определение точки нулевого потенциала методом 62%
Прибор измеряет величину протекающего тока в созданной цепи и напряжение между исследуемым заземлителем и электродом напряжения. Результатом измерения является рассчитанное по закону Ома значение сопротивления заземляющего устройства. В городских условиях трудно найти место для установки двух вспомогательных электродов на требуемом расстоянии. Но при хорошо развитой инфраструктуре, рядом с измеряемым заземлителем (N) может оказаться еще одно заземление (M) с известным сопротивлением, рис. 14. В этом случае применяют двухточечный метод измерения (2p), который показывает сопротивление двух устройств заземления, включенных последовательно. Поэтому второе заземление должно быть настолько хорошим, чтобы его сопротивлением можно было пренебречь. Кроме того, необходимо дополнительно определить сопротивление измерительных проводов и вычесть его из полученного результата. Такой упрощенный метод применяется как альтернативный способ, и он не такой точный, как стандартный 3-проводный (метод 62%), поскольку сильно зависит от расстояния между измеряемым и вспомогательным заземлением.
Рис. 14. Применение упрощенного метода (2p)
Рис. 15. Схема (4p) с компенсацией влияния измерительных проводов
Все вышеперечисленные способы на время измерения требуют отключения исследуемого заземлителя от общей системы заземления (раскручивания резьбового соединения/демонтаж сварного соединения). Для многоэлементного заземления такой процесс является очень трудоемким, поэтому в приборах Sonel существует возможность проведения измерения без отсоединения исследуемого заземлителя. При этом методе (3p+клещи) токовый электрод (Н) и электрод напряжения (S) помещаются в грунт также как при классическом трехполюсном методе, но ток измеряется при помощи клещей, устанавливаемых на исследуемом заземлителе. Прибор определяет сопротивление заземлителя, на котором установлены токовые клещи (рассчитывает сопротивление по величине тока через исследуемый заземлитель и игнорирует ток, протекающий через смежные заземлители).
Рис. 16. Измерение сопротивления одного элемента сложного заземления
После измерения значения сопротивлений отдельных элементов заземления RE1, RE2, RE3...REN, общую величину сопротивления RE на рисунке 16 рассчитывают по формуле:
Измерение сопротивления заземляющих устройств на территории мегаполисов представляет собой огромные трудности. Особенно в центре города, где особенно плотная застройка, из-за дорожного покрытия или тротуарной плитки невозможно установить вспомогательные электроды. В случае сложной системы заземления, элементы которой не соединены под землей, применяют метод двух клещей. Если заземления соединены под землей, этот метод позволяет установить только отсутствие обрыва в цепи. Передающие клещи за счет электромагнитной индукции возбуждают ток в измеряемом контуре, а дополнительные клещи измеряют его. Не имеет значения, какие из них находятся вверху, важно обеспечить минимальное расстояние между ними (>3см), чтобы исключить влияние передающих клещей на токоизмерительные клещи.
Рис. 17. Измерение сопротивления с помощью двух клещей
После измерения прибор покажет величину сопротивления RE, которое для четырехэлементного заземления на рисунке 17 можно также рассчитать по формуле:
Как следует из приведенного выше соотношения, величина RE будет суммой значения измеренного сопротивления заземлителя и результата параллельного соединения остальных заземлителей. Поэтому полученная величина сопротивления заземления будет немного завышена (дополнительная погрешность измерения). Это неустранимая ошибка метода. Поскольку результирующая величина параллельного соединения остальных элементов заземления будет тем меньше, чем больше будет таких заземлителей, рекомендуется выполнять измерения этим методом только в многоэлементных системах.
Как следует из формулы Дуайта, удельное сопротивление грунта непосредственно влияет на конструкцию устройств заземления (глубину залегания заземлителя при заданном сопротивлении и количество элементов). При разработке систем заземления большого размера, важно найти области наименьшего сопротивления грунта, чтобы сконструировать наиболее экономичный вариант с минимальным числом элементов.
Для измерения удельного сопротивления грунта по методу Веннера, реализованному в приборах Sonel, используют четыре электрода, размещенных линейно на равных расстояниях, рисунок 18. Значение удельного сопротивления грунта автоматически рассчитывается в процессе измерения по формуле: ρ = 2πd ∙ U/I [Ом∙м].
Рис. 18. Измерение удельного сопротивления грунта (метод Веннера)
Характерной особенностью метода Веннера является прямо пропорциональная зависимость расстояния между электродами и глубиной, на которой протекает ток. Предельное значение глубины проникновения тока в землю составляет 0,7∙d. Выполняя серию измерений удельного сопротивления, при одновременном изменении расстояния между электродами, можно приблизительно оценить на какой глубине находится наименьшее ее значение. Затем следует развернуть электроды под прямым углом к линии, на которой проводились измерения и повторить всю серию. Если прибор покажет значительный разброс результатов, затрудняющий выполнение измерений, то вероятно наличие в данном месте подземных коммуникаций (трубы водопровода, металлоконструкции и т.п.). В таком случае необходимо переставить электроды на несколько метров в сторону от места, где наблюдались неоднородные показания, и повторить измерение удельного сопротивления грунта. Близкие результаты свидетельствуют об однородности грунта и правильности проведения измерений.
Полученные данные используются для геофизического изучения залегающих пород с целью определения зон и глубины залегания. Кроме того, по величине сопротивления грунта можно оценить скорость коррозии подземных трубопроводов. Значительное уменьшение сопротивления грунта приводит к усилению процесса коррозии и требует специальной защитной обработки подземных металлических поверхностей.
1. Измерение сопротивления заземляющего устройства проводят в сухой период года.
2. Растворенные в воде соли и минералы придают почве свойства электролита, поэтому для измерения сопротивления заземления необходимо использовать переменный ток.
3. Чтобы избежать влияния токов промышленной частоты и их высших гармоник, применяют не кратную 50 Гц (60 Гц) частоту измерительного напряжения.
4. Наилучшую точность измерения заземления обеспечивает схема 4p по методу 62%.
5. Измерение сопротивления с помощью двух клещей имеет методическую погрешность, поэтому его рекомендуется применять только в многоэлементных системах заземления.
6. Метод Веннера позволяет быстро и просто измерить удельное сопротивление грунта.
Список литературы
1.Правила устройства электроустановок, издание 7.
2.Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей, введены с 2003 года.
3.ГОСТ Р МЭК 61557-5-2008 «Электробезопасность. 4.Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 5. Сопротивление заземлителя относительно земли»
4.ГОСТ Р 50571.1-2009 Электроустановки низковольтные, часть 1 «Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения».
5.ГОСТ Р МЭК 60755-2012 «Общие требования к защитным устройствам, управляемым дифференциальным (остаточным) током».
6. http://www.sonel.ru/
7. http://diplomka.net
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Национальный Исследовательский Университет «МЭИ»
Реферат
по дисциплине: " Монтаж и наладка ЭО"
на тему: " Монтаж заземляющих устройств "
Группа: ЭЛв-50-16
Выполнил: Костов Д.П
Дата: 2018-12-28, просмотров: 256.
