«Никольский технологический колледж им. Оболенского»
Тема: «Монтаж наружного контура заземления»
Выполнил студент группы №12 Мартынов Владислав Васильевич
Профессия 13. 10 Электромонтёр по ремонту и обслуживанию электрооборудования
Руководитель проекта Зиновьева Татьяна Николаевна, мастер производственного обучения ГБПОУ ПО НТК им. Оболенского
Курсовая работа защищена оценкой ________________«____»________________ 2020 г
М онтаж наружного контура заземленияОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЗЕМЛЯЮЩИМ И ЗАНУЛЯЮЩИМ УСТРОЙСТВАМЛюбая почва обладает электрической проводимостью, величина которой зависит от ее химического состава, влажности и температуры. В электроустановках «земля» как проводник используется для создания необходимых режимов работы сетей, защиты электрооборудования от атмосферных, коммутационных и других перенапряжений, защиты зданий и сооружений от воздействия молний, статического электричества и обеспечения безопасности людей. Во всех случаях определенные элементы электроустановок (токоведущие или нетоковедущие части) преднамеренно электрически соединяются с «землей», т. заземляются.
Заземление какой-либо точки токопроводящих частей электрооборудования, необходимое для обеспечения работы электроустановки, называется рабочим заземлением.
Заземление нетоковедущих или токоведущих частей в целях обеспечения электробезопасности называется защитным заземлением.
В четырех проводных сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью для обеспечения безопасности части электроустановки, нормально не находящиеся под напряжением, соединяются с нулевым рабочим проводом сети при помощи нулевого защитного проводника. Такое преднамеренное соединение частей электроустановки с нулевым проводом называется занулением. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается. В соответствии с требованиями ПУЭ в целях обеспечения электробезопасности заземление или зануление следует выполнять:
— при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока — во всех электроустановках;
— при номинальном напряжении выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока — только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.
Не требуется делать заземление или зануление электроустановок напряжением до 42 В переменного тока, за исключением электрооборудования взрывоопасных зон, сварочных установок, а также металлических оболочек кабелей напряжением до 42 В, проложенных на общих металлических конструкциях вместе с кабелями, оболочка которых подлежит заземлению или занулению.
Некоторую особенность имеет заземление токоведущих частей для обеспечения безопасности при аварийном переходе напряжения с обмоток высшего напряжения на обмотки низшего напряжения (до 1000 В) силовых трансформаторов, работающих в сетях с изолированной нейтралью.
В этих случаях заземляется фаза или нейтральная точка обмотки низшего напряжения. При этом, если высшее напряжение трансформатора менее 1000 В, то такое заземление выполняют путем непосредственного присоединения к заземляющему устройству, если высшее напряжение более 1000 В, то заземление выполняют через специальный «пробивной» предохранитель, устанавливаемый на крышке трансформатора.
На рис. 1 представлена схема заземления электроустановки напряжением до 1 кВ в сети с изолированной нейтралью.
Рис. Схема заземления установок напряжением до 1 кВ в сети с изолированной нейтралью:
1 — «пробивной» предохранитель; 2 — коммутационный аппарат в металлическом корпусе; 3 — светильник; 4 — магистраль заземления; 5 — заземляющие болты; 6 — однофазный электроприемник
В схеме предусмотрен «пробивной» предохранитель 1, установленный (обычно на корпусе трансформатора) между одной из фаз (или нейтральной точкой обмотки) и «землей». Предохранитель рассчитан на определенное напряжение, при превышении которого он «пробивается». В случае повреждения изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений происходит «пробой» «пробивного» предохранителя, обмотка замыкается на «землю», что приводит в действие защиту.
На рис. 2 показано выполнение зануления в четырехпроводной сети напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.
Рис. Схема зануления установок напряжением до 1 кВ в сети с глухозаземленной нейтралью:
1 — заземляющие болты; 2 — защитные аппараты; 3 — светильник; 4 — однофазный электроприемник; 5 — повторное заземление нулевого провода; 6 — нулевые защитные проводники; 7 — нулевой рабочий провод
При выполнении заземления необходимо обеспечить надежный электрический контакт между частями электрооборудования, подлежащими заземлению, и землей. Для этой цели сооружается специальное заземляющее устройство.
Заземляющее устройство — это совокупность металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей (заземлитель), и металлических проводников, соединяющих заземляемые части электрооборудования с заземлителей (заземляющие проводники).
Заземлитель заземляющего устройства может представлять собой один проводник (электрод), имеющий контакт с землей, или совокупность металлически соединенных между собой соответствующим образом проводников (электродов).
Как контактное соединение заземляющее устройство должно иметь малое электрическое сопротивление, обладать достаточной механической прочностью и устойчивостью к химическому воздействию окружающей среды. Требования к заземляющим устройствам в отношении сопротивления и прочности определены правилами устройства электроустановок.
Говоря о сопротивлении заземляющего устройства надо иметь в виду, что оно слагается из сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников, при этом заземлитель как специфический проводник характеризуется сопротивлением растеканию тока, равным отношению напряжения на заземлиеле к току, стекающему с него в землю.
Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств электроустановок определены ПУЭ в зависимости от 1 вида электроустановки и электропроводных свойств грунта. В табл. 1 приведены максимально допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств электроустановок
СЕТИ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ В основу работы по монтажу заземляющих и зануляющих устройств должны быть положены требования Строительных Норм и Правил и Инструкции по устройству сетей заземления и зануления в электроустановках.
Для заземляющих устройств в первую очередь рекомендуется использовать естественные заземлители. Если эти заземлители имеют сопротивление растеканию тока, удовлетворяющее требованиям ПУЭ, то устройство искусственных заземлителей не требуется.
В качестве естественных заземлителей можно использовать:
— проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей;
— обсадные трубы скважин;
— металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей;
— металлические шпунты гидротехнических сооружений;
— свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то для надежности в расчете заземляющих устройств они должны учитываться в том случае, когда число кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей и алюминиевые проводники из-за окисления и образования на их поверхности изоляционной пленки не допускается использовать в качестве естественных заземлителей;
— заземлители опор воздушных линий электропередачи, соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи молниезащитного троса воздушной линии, если трос не изолирован от опор;
— нулевые провода воздушных линий электропередачи напряжением до 1000 В с повторными заземлителями при количестве воздушных линий не менее двух;
— рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.
Запрещается применять в качестве естественного заземлителя чугунные трубопроводы.
Естественные заземлители должны быть связаны с магистралями не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это не распространяется на опоры воздушных линий электропередачи, повторные заземления нулевого провода и металлические оболочки кабеля. Если вблизи электроустановки нет естественных заземлителей или они не обеспечивают требуемого сопротивления растеканию тока, необходимо сооружать искусственные заземлители. Искусственный заземлитель заземляющего устройства может представлять собой один проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.
В качестве искусственных заземлителей применяют стальные полосы, стержни, угловую сталь, размеры которых должны быть не менее:
— диаметр круглых прутковых заземлителей: неоцинкованных — 10 мм; оцинкованных — 6 мм;
— сечение прямоугольных заземлителей — 48 мм;
— толщина прямоугольных заземлителей — 4 мм;
— толщина полок угловой стали — 4 мм.
По расположению в грунте и форме электроды заземлителей делятся: на углубленные (полосовая или круглая сталь, укладываемые горизонтально на дно котлованов по периметру фундаментов); на вертикальные (стальные стержни, угловая сталь, заглубляемые в грунт); на горизонтальные (полосовая, круглая сталь, укладываемые в грунт горизонтально); на комбинированные (вертикальные и горизонтальные, объединенные в общую систему)
Для передвижных электроустановок, как правило, применяют заземлители, выполняемые из инвентарных электродов, конструкции которых имеют некоторые особенности (рис.
Рис. Инвентарный электрод для передвижных электроустановок:
1 — молот; 2 — замок; 3 — заземляющий стержень; 4 — зажим Заземляющие и нулевые защитные проводники В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников используют специально предусмотренные для этой цели проводники. В электроустановках (за исключением взрывоопасных зон) для этого могут использовать:
— металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т
— арматуру железобетонных строительных конструкций и фундаментов;
— металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, шахты лифтов и т
— стальные трубы электропроводок;
— алюминиевые оболочки кабелей;
— металлические кожухи и опорные конструкции шинопроводов, металлические короба и лотки электроустановок;
— металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления.
Перечисленные элементы конструкций могут служить единственными заземляющими или нулевыми защитными проводниками, если они по проводимости удовлетворяют требованиям ПУЭ и обеспечивают непрерывность электрической цепи.
В электроустановках с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В в качестве нулевых защитных проводников (т. соединяющих зануляемые части электрооборудования с глухозаземленной нейтралью трансформатора) прежде всего, должны быть использованы нулевые рабочие проводники (т. соединенные с глухозаземленной нейтралью трансформатора, но предназначенные для питания электропроводников). Исключение составляют нулевые рабочие проводники, идущие к переносным приемникам однофазного и постоянного тока. Для зануления таких электроприемников должен быть применен отдельный третий проводник.
Запрещается использовать в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников металлические оболочки изоляционных трубок, металлорукавов, а также броню и свинцовые оболочки проводов и кабелей. Использование для этой цели свинцовых оболочек кабелей ввиду их малой проводимости допускается лишь в реконструируемых городских электросетях напряжением 220/127 В и 380/220 В. В случае их использования для этих целей они должны иметь надежное соединение на всем протяжении. При этом металлические муфты и коробки должны быть присоединены к броне и металлической оболочке пайкой или болтовым соединением.
И спользование металлоконструкций зданий, сооружений, трубопроводов и оборудования в качестве нулевого рабочего проводника запрещается.
Одним из важнейших условий достижения безопасности является обеспечение непрерывности и надежности цепей заземления или зануления. Поэтому нельзя устанавливать в цепи заземляющих или зануляющих проводников разъединяющие аппараты (выключатели) или предохранители. На рис. 5 видно, что разрыв цепи зануления может привести к поражению даже в том случае, когда исправна изоляция. Разъединяющие аппараты и предохранители (автоматы) следует устанавливать в цепи фазных проводников или для одновременного отключения фазных и защитных проводников.
Рис. Путь тока при «пробое» изоляции на корпус и установке выключателя в нулевом проводе
З аземляющие и нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1000 В для обеспечения механической прочности должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 2 и 3. Они должны иметь защиту от коррозии.
Наименьшие размеры стальных заземляющих и нулевых защитных проводников
Наименьшие сечения медных и алюминиевых заземляющих и нулевых защитных проводников
* При прокладке в трубах сечение нулевых защитных проводников может быть равным 1 мм , если фазные проводники имеют то же сечение.
В электроустановках напряжением до и выше 1000 В с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна составлять не менее 1/3 проводимости фазных проводников, а сечение не менее приведенных в табл. 2 и 3.
В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью для обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус возникал ток короткого замыкания, не менее чем в три раза превосходящий номинальный ток, на который рассчитан ближайший предохранитель или автомат отключения с нерегулируемым разделителем. Величина полной проводимости нулевых защитных проводников, которые входят в цепь короткого замыкания, должна быть во всех случаях не менее 50% проводимости фазных проводников.
При определении проводимости стальных защитных проводников целесообразно пользоваться табл. 4, в которой указаны примеры соответствия их проводимостей проводимостям медных и алюминиевых проводов
Примерное соответствие проводимостей медных и алюминиевых проводов проводимостям изделий из стали
Следует иметь в виду, что проводимость в 50% от фазных для нулевых защитных проводников относительно большой длины не всегда достаточна для обеспечения требуемой кратности тока. Поэтому стальные проводники, имеющие малую проводимость, применяются в качестве нулевых защитных проводников только в промышленных установках, при относительно малых расстояниях от трансформатора.
Магистрали заземления, зануления и ответвления от них в закрытых помещениях и наружных установках должны быть, как правило, доступны для осмотра. Это не распространяется на используемые для этой цели жилы кабеля, арматуру железобетонных конструкций, скрытые электропроводники, а также проводники, проложенные в трубах или кожухах.
О тветвление от магистралей в сетях напряжением до 1000 В допускается прокладывать скрытно в стенах или под полом. На этих участках они не должны иметь соединений.
В наружных установках заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать в земле, в полу и т. Использование для этой цели неизолированных алюминиевых проводников не допускается.
В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью нулевые защитные проводники в целях уменьшения индуктивного сопротивления цепи фаза — нуль рекомендуется прокладывать совместно или в непосредственной близости с фазными
МОНТАЖ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ И ЗАНУЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОКПри выполнении заземляющих устройств электрических станций, подстанций, опор линии электропередачи и других электроустановок заземлители размещают, как правило, в виде замкнутого контура, охватывающего здание (территорию) электроустановки или основание опоры. Применительно к электроустановкам, размещенным в зданиях, этот контур принято называть наружным контуром заземляющего устройства, так как он расположен вне здания. При наличии в здании большого количества электрооборудования и конструкций, подлежащих заземлению, внутри здания прокладывают магистральные заземляющие линии, к которым с помощью заземляющих проводников (нулевых защитных проводников) присоединяют заземляемое оборудование или конструкции. Магистральные линии также преднамеренно соединяют между собой так, чтобы образовался замкнутый контур. Этот контур принято называть внутренним контуром заземляющего устройства. Внутренний контур должен быть надежно соединен с наружным не менее чем в двух местах.
В качестве примера рассмотрим заземляющее устройство трансформаторной подстанции с трансформатором ТМ-400/10-0,4, имеющим глухое заземление нейтрали на стороне низшего напряжения (рис.
Рис. Заземляющее устройство трансформаторной подстанции:
1 — вертикальные электроды; 2 — стальные полосы; 3 — «барашки»; 4 — ячейки; 5 — щиты; 6 — заземляющий проводник; 7 — нейтраль трансформатора; 8 — трансформатор; 9 — направляющие швеллеры; 10 — металлоконструкции
Трансформаторная подстанция состоит из помещений распределительных устройств напряжением 10 и 0,4 кВ и помещения для трансформатора. Заземлению подлежат следующие оборудование и конструкции подстанции
— корпуса ячеек 4 распределительного устройства;
— направляющие швеллеры 9, на которых установлен трансформатор;
— конструкции для крепления кабелей, броня и оболочки кабелей;
— конструкции 10, на которых установлены опорные и проходные изоляторы.
Для заземления перечисленного оборудования и конструкций сооружается заземляющее устройство, состоящее из заземлителя и заземляющих проводников. В качестве электродов 1 заземлителя используются вертикально погруженные в грунт отрезки угловой стали с размерами полок 50х50х4, длиной 2,5 м и соединяющие их стальные полосы 2 (штриховые линии) сечением 40х4 мм. Заземлитель выполнен в виде контура (наружного контура). Для присоединения заземляемого оборудования и конструкций внутри помещений проложены заземляющие магистрали (штрихпунктирные линии) из стальной полосы сечением 40х4 мм, которые также соединены в замкнутый контур (внутренний контур). К магистралям внутреннего контура с помощью заземляющих проводников присоединены заземляемые оборудование и конструкции. Для присоединения переносных заземлений в каждом помещении подстанции установлены «барашки» 3, приваренные к магистралям внутреннего контура. Внутренний контур не имеет непосредственного контакта с землей, но соединен с уложенным в земле наружным контуром в двух точках А и Б.
Работы по монтажу заземляющего устройства электроустановок, как правило, начинают с монтажа наружного контура, затем прокладывают заземляющие магистрали внутреннего контура и соединяют внутренний контур с наружным. После установки конструкций и оборудования, подлежащих заземлению, их присоединяют к внутреннему контуру.
Т ехнологические приемы выполнения операции при монтаже наружного и внутреннего контуров имеют значительные различия, что делает целесообразным раздельное рассмотрение технологии выполнения этих работ. Монтаж наружного контураПри монтаже наружного контура необходимо последовательно выполнить следующие операции:
— разметить трассу контура и места заглубления в грунт электродов;
— отрыть траншею;
— заглубить вертикальные электроды в грунт;
— проложить в траншее горизонтальные заземлители и с их помощью соединить вертикальные электроды между собой;
— произвести осмотр наружного контура перед засыпкой и составить акт на скрытные работы;
— засыпать траншею;
— измерить сопротивление растеканию тока.
Разметку наружного контура производят, руководствуясь рабочими чертежами, с помощью мерной ленты или метра.
Расстояние между вертикальными электродами должно быть не менее 2,5-3 м, что исключает их взаимное экранирование и, следовательно, способствует уменьшению сопротивления растеканию. Расстояние от фундаментов зданий до частей заземлителя должно быть не менее 2-2,5 м.
Отрывку траншей производят с использованием землеройных машин. Выполнять эту операцию вручную допускается лишь при наличии стесненных условий или малых объемов работ. Т раншеи для вертикальных заземлителей отрываются на глубину 0,5-0,7 м (рис. 7, а). После заглубления заземлителя в грунт верхний конец его должен выступать над дном траншеи на 0,1-0,2 м. Длина стержневого электрода должна быть 4,5-5 м, а из угловой стали — 2,5-3 м.
Рис. Установка вертикального электрода (диаметр обрабатываемого участка 500 мм):
а — в грунте, не требующем специальной подготовки; б — в грунте, требующем специальной обработки
Горизонтальные заземлители укладываются по дну траншеи на глубине 0,5-0,7 м; они служат для связи между вертикальными электродами и как самостоятельные электроды.
Заземлитель обеспечивает непосредственный контакт заземляющего устройства с землей. Чем глубже в грунт будет заглублен заземлитель, тем обычно меньше будет его сопротивление растеканию тока. З аглубление вертикальных электродов является наиболее трудоемкой операцией, поэтому она должна выполняться, как правило, механизированным способом: с помощью копров, вибраторов, гидропрессов, приспособлений для ввертывания стержневых электродов или с применением ручных приспособлений (см. рис.
При сооружении заземляющих устройств заземлители обычно размещают вблизи от электрооборудования, подлежащего заземлению. Однако, если на территории электроустановки удельное сопротивление земли более 200 Ом·м, то допускается сооружение выносных заземлителей в местах с меньшим удельным сопротивлением земли, расположенных на расстоянии до 2 км от территории электроустановки. Соединение выносных заземлителей с заземляющим устройством (внутренним контуром) электроустановки осуществляется с помощью воздушной линии или кабеля.
Кроме того, для снижения сопротивления растеканию тока прибегают к устройству углубленных заземлителей (если с увеличением глубины погружения электрода сопротивление земли снижается). В других случаях производят искусственную обработку земли, укладывая поверх заземлителя поочередно слой соли и земли. Для этой цели следует применять соли, не увеличивающие коррозию стали: нитрат натрия и гидрат окиси кальция; не следует применять хлористый натрий, хлористый кальций и т.
Диаметр обрабатываемого участка вокруг вертикального заземлителя составляет примерно 0,5 м, а глубина 1/3 длины заземлителя (рис. 7, б). На территориях с вечномерзлыми грунтами создаются искусственные талые зоны путем покрытия заземлителя на зиму слоем торфа.
После заглубления вертикальных электродов их соединяют между собой с помощью горизонтальных стальных полос толщиной не менее 4 мм или круглой стали диаметром не менее 10 мм. Соединение выполняют сваркой. Длина сварного шва должна быть равной ширине проводника при прямоугольном сечении и шести диаметрам при круглом сечении (рис.
Рис. Соединения стержневых заземлителей (электродов) с заземляющими проводниками (длина сварного шва 6d):
а, б — заземляющие проводники из полосовой стали; в, г — из круглой стали; 1 — заземлитель (электрод) стержневой; 2 — заземляющий проводник из круглой стали; 3 — заземляющий проводник из полосовой стали; 4 — планка из полосовой стали (применяется при В 3 мм)
С варка выполняется по периметру. При Т-образном соединении внахлестку двух полос длина нахлестки определяется шириной полосы.
Механическая прочность и защита от химического воздействия окружающей среды элементов заземляющих устройств обеспечиваются за счет применения заземлителей (электродов) и заземляющих (зануляющих) проводников достаточного сечения, а также за счет окраски заземляющих проводников. В грунтах, где имеется опасность усиленной коррозии металла, следует применять оцинкованные или омедненные заземлители. Заземлители не должны иметь окраски.
Стальные полосы или стержни круглого сечения в местах пересечения с подземными сооружениями (кабельными линиями, трубопроводами), железнодорожными путями, дорогами, а также в местах возможных механических повреждений должны защищаться асбоцементными трубами.
Присоединение заземляющих проводников к естественным заземлителям должно быть выполнено сваркой, болтами или хомутами.
Присоединение заземляющих проводников к трубопроводу используемому в качестве естественного заземлителя, осуществляется либо сваркой, либо с помощью хомутов
Присоединение следует делать до ввода трубы в здание (до водомера, задвижек, фланцев). В противном случае над задвижками, водомерами, фланцами необходимо монтировать обходные перемычки из полосовой стали сечением не менее 100 мм. Перемычки присоединяются к трубам сваркой или хомутами
Присоединение обходной перемычки на задвижке к трубопроводу с помощью хомута
Проверка качества выполненных работ по монтажу наружного контура производится перед засыпкой траншей. При этом контур осматривают, проверяют количество электродов и соответствие их размеров требованиям ПУЭ, определяют размеры сварных швов. Прочность сварных соединений проверяют, производя по ним несколько сильных ударов молотком массой 1 кг; места соединений при этом не должны разрушаться. Результаты осмотра и проверок оформляют актом на скрытные работы.
П осле этого сварные швы покрывают со всех сторон битумом для предохранения от коррозии и производят засыпку траншей. Засыпать траншеи необходимо землей, не содержащей камней и строительного мусора, с послойной трамбовкой, что обеспечивает лучший контакт заземлителя с грунтом и, следовательно, уменьшение сопротивления растеканию тока.
Измерение сопротивления растеканию тока производят измерителями сопротивления заземления типа М-416, МС-08. Результаты измерения оформляют протоколом.
Так как сопротивление заземляющего устройства складывается из сопротивления растеканию тока заземлителя и сопротивления заземляющих проводников, то сопротивление наружного контура (заземлителя) должно быть на 0,1-0,05 Ом меньше допустимого ПУЭ
