МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
УПРАВЛІННЯОСВІТИ І НАУКИ ПОЛТТАВСЬКОЇ
ОБЛДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ
Професійно– технічне училище №49 села Красногорівка
В –Багачанського району Полтавської області
«ЕЛЕКТРОТЕХНІКАі СПЕЦТЕХНОЛОГІЯ електромонтерів „
2009р.
План
І. Виробництво і використання електричної енергії
1) Що представляє собою Енергія? (визначення, способи виробництва)
ІІ. Трифазні трансформатори
1) Трифазні електродвигуни
2) Несправності електродвигунів
3) “Перекинута» фаза
4) Визначення придатності електродвигуна
5) Захист електродвигунів
ІІІ. Заземлення і заземлюючі пристрої сільськогоелектрообладнання
1) Призначення заземлюючих пристроїв
2) Опір заземлюючого пристрою
3) Крокова напруга. Напруга дотику
4) Вирівнювання потенціалів
5) Захисні заходи в мережі з ізольованою нейтраллю
6) Захисні засоби в мережі з глухозаземленою нейтраллю
7) Заземлення опор та обладнання повітряних ліній
8) Обладнання, яке підлягає заземленню або зануленню
I. Виробництвоі використання електричної енергії
1) Що представляєсобою Енергія ?
З усіх видівенергії найчастіше використовується електромагнітна, яку на практиці називаютьелектричною .
Енергія – цекількісна міра руху і взаємодії всіх форм матерії. Будь – який вид енергії маєсвого носія. Наприклад, механічною енергією володіє вода, що падає на колесогідротурбіни, заведена пружина; тепловою – нагрітий газ, пара, гаряча вода.
Носіємелектричної енергії є електромагнітне поле, яке виявляється за силовою дією напозитивно заряджені частинки .
Широкевикористання електричної енергії зумовлює можливістю ефективного перетворенняїї в інші види енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну) з метоюприведення в дію машин і механізмів, одержання тепла та світла, змінихімічного складу речовин, виробництва та обробки металів тощо .
Перетворенняелектричної енергії в механічну з допомогою електродвигунів дає змогу зручно,технічно досконало й економічно вигідно приводити в рух різного виду робочімашини та механізми (металорозрізальні верстати, прокатні стани, піднімально– транспортні машини, насоси, вентилятори, швейні та взуттєві машини,зерноочищувальні, мукомельні машини тощо).
За допомогоюелектродвигунів рухаються поїзди, морські та річкові судна, міський транспорт.
Електрифікаціяробочих машин дає змогу не тільки механізувати, але й максимально автоматизуватисилові процеси, оскільки електродвигун дозволяє в широких діапазонахрегулювати потужності і швидкості привода .
У багатьохтехнологічних процесах використовують перетворення електричної енергії утеплову та хімічну. Наприклад, електронагрівання і електроліз дає змогуодержувати високоякісні спеціальні сталі, кольорові метали тощо. Під часелектротермічної обробки металів, гумових виробів, пластмаса, скла,деревини одержують продукцію високої якості .
Електрохімічніпроцеси, які складають основу гальванотехніки, дають змогу одержуватиантикорозійне покриття, ідеальні поверхні для відбивання променів і т.д.
Електроенергія єпрактично єдиним видом енергії для штучного освітлення, оскільки електричніджерела світла забезпечують його високу якість. Завдяки використаннюелектричної енергії одержані разючі результати в галузі зв’язку, автоматики,електроніці, керуванні та контролі за технологічними процесами .
У таких галузяхяк медицина, біологія, астрономія, геологія, математика втілюють спеціалізованіелектричні прилади, апарати, установки, які забезпечують їх подальшийрозвиток .
Величезнезначення для розвитку науки і техніки мають комп’ютери, які є поширеним івисокоефективним засобом наукових досліджень, економічних розрахунків, уплануванні, керуванні виробничими процесами, діагностиці захворювань. Безних не було б розвитку кібернетики, обчислювальної і космічної техніки .
Єдиним недолікомелектричної енергії є неможливість запасати її і зберігати ці запаси тривалийчас. Запаси електроенергії в акумуляторах, гальванічних елементах іконденсаторах достатні лише для роботи малопотужних установок, причому термінзберігання цих запасів обмежені. Тому електроенергія повинна бути вироблена втакій кількості, яка потрібна споживачам .
Повсюдневикористання електроенергії при концентрації природних енергетичних ресурсів вокремих географічних районах зумовило необхідність передачі її на великівідстані, розподіл між електроприймачами у великому діапазоні потужностей .
Електрична енергіялегко розподіляється по приймачах довільної потужності. В автоматичній тавимірювальній техніці використовуються пристрої малої потужності (одиниці тачастки вата). Водночас є електричні пристрої (двигуни, нагрівальні установи)потужністю в тисячі та десятки тисяч кіловат .
Для передачі тарозподілу електричної енергії використовують повітряні лінії електропередачі,кабельні лінії, у цехах промислових підприємств – шинопроводи таелектропроводки, які виконують металевими проводами з алюмінію, сталі та міді. У проводах установлюються електромагнітне поле, яке несе енергію .
За наявністюпроводів поле досягає великої концентрації, тому передача здійснюється звисоким коефіцієнтом корисної дії .
При дуже високійнапрузі між проводами починається коронний розряд, що призводить до втратиенергії. Допустима напруга повинна бути такою, щоб при заданому поперечномуперерізу провода втрати енергії внаслідок коронного розряду були незначними.
Електричністанції областей нашої країни об’єднані високовольтними лініями передач іутворюють загальну електричну мережу, до якої приєднані споживачі. Такеоб’єднання називається енергосистемою, яка дає змогу згладити «пікові»навантаження у ранкові та вечірні години і безперебійно подавати енергіюспоживачам незалежно від місця їх розташування та оперативно перекидати енергіюв ту зону, де споживання енергії в даний момент максимальне .
Безперечно, щобез електричної енергії неможливе нормальне життя сучасної цивілізації. Томунадзвичайно важливим є забезпечення високої надійності постачанняелектроенергії, раціональне її використання, тобто максимальне скороченнявтрат в процесі її виробництва, передачі та розподілу .
Для уникненнялюдством «енергетичного голоду» та усунення шкідливого впливу нанавколишнє середовище вчені шукають нові шляхи одержання електричної енергії,збільшенням її потужності та підвищенням коефіцієнта корисної дії установок дляперетворення теплової, хімічної, сонячної енергії в електричну. Рівеньрозвитку продуктивних сил суспільства, здатність виробляти матеріальні блага істворювати кращі матеріальні умови для життя визначається рівнем виробництва іспоживання електричної енергії .
Електричнаенергія має дві чудові властивості: вона може передаватись на великі відстаніз порівняно малими втратами і може легко перетворюватись в інші види енергії .
Зростаннямасштабів споживання електричної енергії, загострюється проблема охоронинавколишнього середовища значно активізували пошуки більш екологічно чистішихспособів одержання електричної енергії. У всьому світі проводяться дослідженняспособів освоєння термоядерної енергії, прямо без машинного перетвореннявнутрішньої і хімічної енергії в електричну: магнітогідродинамічні,термоелектричні й термоелектронні генератори, паливні елементи тощо .
Трансформатор дляневеликої потужностей (десятки ват), які застосовують переважно в лабораторіяхі для побутових цілей, мають дуже невеликі розміри. А потужні трансформатори, що перетворюють сотні й тисячі кіловат, є величезними спорудами. Звичайнопотужні трансформатори вміщують в сталевий бак, заповнений спеціальниммінеральним маслом. Це поліпшує умови охолодження трансформатора, і, крімтого, масло відіграє важливу роль як ізолюючий матеріал. Кінці обмотоктрансформатора виводять через прохідні ізолятори, укріплені на верхній кришцібака.
Трансформаторвинайшов у 1876 році П. Яблочков, який застосував його для живлення своїх «свічок», що потребували різної напруги. Трохи пізніше самостійно дійшов думки простворення трансформатора І. Усагін, який демонстрував свій прилад і йогозастосування в 1882 р.
У 70 – х роках ХХстоліття були в основному розроблені конструкції генераторів електричногоструму. Це дало змогу перетворити теплову енергію парових машин або падаючоїводи на електричну .
Протенеобхідність в добуванні великих кількостей електричної енергії відразу жпоставила перед технікою інше дуже важливе і принципово цілком нове завдання,а саме транспортування енергії, передавання її з одного місця в інше. Довинайдення електричних генераторів це завдання здавалось зовсім нерозв’язним.Справді, якщо ми маємо водяний чи вітровий двигун або парову машину, то миможемо передати їх механічну енергію тільки верстатові, що розміщений вбезпосередній близькості до двигуна. Ця передача з допомогою валів, зубчастихколіс, пасових трансмісій тощо порівняно легко здійснюється на відстань докількох десятків або, в крайньому разі, сотень метрів, але не можна уявитисобі, щоб з допомогою таких пристроїв можна було передавати енергію навідстані кількох кілометрів або десятків кілометрів .
Енергіюелектричного струму можна передавати по проводах на відстані кількох тисячкілометрів. Тому, як тільки були створені перші задовільні моделі електричнихгенераторів, постала проблема централізованого виробництва енергії та їїпередачі по проводах на значну відстань. Така постановка завдання –виробництва енергії в одному місці і споживання її в іншому – є однією зпринципових важливих особливостей енергетики, яка ґрунтується на використанніелектричної енергії .
Переважна частинаелектричної енергії, що добувається в Україні та яка є енергетичною базоювсієї промисловості, виробляється на великих електропідстанціях. Потужністьцих станцій вимірюється сотнями тисяч і мільйонами кіловат. Розміщуються вонитам, де є великі запаси водної енергії (на Дніпрі, та інших повноводнихрічках), або там, де є великі запаси дешевого палива. Енергія цих станційрозподіляється по дротяних мережах на величезні відстані та споживається частов місцях, віддалених від станцій на сотні й тисячі кілометрів.При цьомузначна кількість потужних станцій об’єднуються в одну енергетичну систему(наприклад Укренерго), яка постачає енергію споживачам величезного району.Надзвичайно важливим кроком у розв’язанні цього фундаментальногоелектротехнічного завдання стало з’ясування як значно зменшити втрати,підвищуючи напругу, під якою передається струм. Цього висновку вперше дійшовросійський електротехнік Д. Лачинов, який опублікував своє дослідження в 1880р. Приблизно через рік до таких самих висновків дійшов французький дослідникДепре, який здійснив першу передачу електроенергії значної потужностітелеграфними проводами на відстань 57 км (у 1882р.).
Збільшити напругув 10 раз, ми зменшимо некорисні втрати в 100 раз. У сьому полягає причина того, що в сучасній електротехніці енергію, яка добувається на електростанціях,намагаються передавати у віддалені місця під якнайвищою напругою .
Звичайно,знизити некорисні втрати можна було б, зменшивши R, тобто опір проводів. Але дляцього довелося б їх робити дуже товстими, бо довжина проводів задаєтьсявідстанню до місця споживання. Зрозуміло, що значне збільшення перерізупроводів пов’язане з їх подорожчанням і, отже, воно нераціональне. Навпаки,застосування високих напруг дає змогу користуватися тонкими проводами, тобтопроводами з великим опором, але зате набагато дешевшими .
Проте будуватигенератори напругою в сотні тисяч вольт дуже важко хоча б тому, що ізоляціямашин не витримує таких напруг. Крім того, не можна такі високі напругиподавати безпосередньо споживачеві .
Єдиний можливийвихід полягає в тому, щоб на електричній станції підвищувати напругу, яку даєгенератор, передавати енергію під цією високою напругою в місце споживання ітут знову знижувати напругу до потрібних меж. Здійснити таке перетвореннянапруг для постійного струму надзвичайно важко. Навпаки, для змінного струмутаке перетворення можна провести з допомогою трансформатора легко і з дужемалими втратами енергії.
Потужніелектричні станції виробляють величезні кількості електричної енергії призмінній напрузі в 6 – 20 тисяч вольт і частоті 50Гц. Ця енергія подається впідвищувальні трансформатори і потрапляє в лінії передачі під напругою в 110 –220 тисяч вольт. По лініях передачі енергії подається до місця споживання.Тутструм приймається насамперед на головну знижувальну підстанцію, де з допомогоютрансформатора напруга його підвищується звичайно до 35 тисяч вольт.Під цією напругоюструм потрапляє в проводи районної розподільної мережі, яка сполучає головнузнижувальну підстанцію з порівняно близькими місцями споживання. У кожномутакому місці встановлюють вторинні знижувальні підстанції, тобто трансформатори, які знижують напругу до 3, 6 або до 10 тисячі вольт.Звідси по проводахмісцевої розподільної мережі струм потрапляє в численні трансформаторні пункти, які є на окремих заводах або обслуговують невелику групу будинків, а іноді йодин великий будинок. Тут напруга знижується до 127, 220 або 380В і під цієюнизькою напругою енергія подається в окремі квартири, до верстатів тощо, потак званій внутрішній мережі .
Звичайноелектрична енергія передається майже виключно у вигляді змінного струму високоїнапруги. Але розрахунок показує, що передавати її у вигляді постійного струмувисокої напруги набагато вигідніше, бо це потребувало б проводів з перерізом,а отже, й вагою в 1,5 рази меншими, а при далеких відстанях передачі (натисячі кілометрів) це дуже істотний момент. Використання постійного струмузамість змінного гальмується тим, що досі не знайдено способу добуванняпотужних постійних струмів високої. напруги і не існує способів трансформаціїнапруги постійного струму Це одне з дуже важливих завдань, які стоять переделектротехнікою.
У наш часелектричні вимірювання й електричні прилади посідають одне з чільних місць ужитті цивілізованого людства. За частотою застосувань електричні вимірюванняпоступаються хіба що лише вимірюванням довжини, маси та температури.Електричні вимірювання застосовуються не лише для вимірювань власне електричнихвеличин (напруги, струму, потужності, енергії, опору, частоти, зсуву фаз,ємності та ряду магнітних величин), а й при використанні перетворювачів длявимірювання багатьох неелектричних величин (тиску, температури, швидкості,параметрів вібрації, рівня рідин та сипучих матеріалів, витрати рідин тагазоподібних речовин, величин потужних деформацій, відстаней тощо).
Найбільшогорозмаїття електровимірювальних приладів досягнуло в енергетиці. Беззастосування електровимірювальних приладів була б неможливою робота сучаснихелектричних станцій, де нормальна дія кожного енергоблоку може підтримуватисьперсоналом лише на основі аналізу інформації, що находять від багатьох десятків(а іноді й сотень)приладів, які контролюють безліч параметрів енергоблоку. Прицьому чи не найбільша частина цих електричних приладів контролює неелектричнівеличини .
В енергетиціелектровимірювальні прилади використовують не тільки для поточного контролюроботи енергообладнання, а й для пошуку його пошкоджень. Причому саме задопомогою електричних вимірювань візуально недосяжні пошкодження обладнаннязнаходять найвище й найточніше. Потенціальні можливості промисловості, щовиробляє електровимірювальні прилади, в Україні надзвичайно великі й значноюмірою перевищують потреби країни у цих приладах .
Важко уявити нашупрацю і побут без електрики. Її широко використовують у промисловості, натранспорті, у зв’язку, в медицині й мистецтві. Електрика дозволила створитинові технології виробництва і матеріали, яких немає в природі.
ІІ. Трифазнітрансформатори
1) Трифазні електродвигуни
Основнимнедоліком двигунів з короткозамкненим ротором є трудність регулювання частотиобертання ротора, а значить і пуску навантаженого електродвигуна .
Змінити частотуобертання можна зміною кількості пар полюсів або частоти. Перший спосібзастосовують для зменшення частоти обертання, а другий – для збільшення .
У деяких двигунахкількість обмоток (а отже, й частота обертання) зміна, але плавно нерегулюється. Двигуни мають не великий пусковий момент і значну кратністьпускової сили струму .
Однією ізнайважливіших характеристик двигуна є ККД. Він обернено пропорціональнозалежить від зазору між магніто проводами статора й ротора .
Електродвигунвибирають за потужністю, частотою обертання, режимом роботи та конструктивнимвиконанням .
Режим роботи –тривалий, короткочасний та повторно – короткочасний, позначають відповідно S1, S2, S3 .
У тривалому режиміпрацюють двигунивентиляторов, водяних насосів тощо.
На паспортідвигуна короткочасного режиму надпису S2 немає, а вказана тривалість періоду навантаження: 10, 30, 60 або 90 хв.
У двигунівповторно – короткочасного режиму вказують тривалість вмиканнях в процентах: ПВ15, 25, 40 чи 60 %
Для всіх режимівнедопустиме перевантаження двигуна, тому що при перегріванні він виходить ізладу .
Кожний класнагрівостійкості ізоляції має допустиму температуру нагрівання: А – 105 °С(волокнисті матеріали, папір, емаль, лаки, деякі полімери); Е – 120 °С(деякі синтетичні матеріали); В – 130 – (на основі слюди, азбесту чискловолокна з органічними просочувальними сумішами ); С – понад 180 °С (слюда,кварц, скло, фарфор ) .
Під впливомтеплоти, вібрації та інших факторів ізоляція старіє, тобто втрачаєелектроізоляцію та механічні властивості, а надмірна напруга її прибиває .
Температурунагрівання електродвигуна визначають рукою. Якщо її можна втримати, топерегрівання не має .
Якщо двигун притривалій роботі залишається холодним або трохи теплим, то це певна ознаканедовантаження. Його слід повністю завантажити або замінити двигуном меншоїпотужності .
При виборідвигуна звертають увагу на виконання за ступенем захисту. У захищених двигунахобмотка закрита лише від дощу, а сторонні предмети різної величини можутьпотрапити всередину. Це двигуни серії 4А з ступенем захисту ІР23. Закритіобдувні двигуни захищені від потраплянням предметів, розміри яких більші 1 мм. Їх ступінь захисту ІР44 .
Іноді маєзначення з якого матеріалу виготовлений корпус та інші деталі двигуна. ЛітероюХ позначають алюмінієвою станину і чавунні щити .
Перед пробнимпуском двигуна перевіряють правильність підключення (згідно схеми) двигуна,приладів, апаратів. Мегомметром вимірюють опір ізоляції між проводами такожним проводом і землею при відключеному приймачі і апаратах. Він неповиннийбути меншим 0,5 МОм. Ротор прокручують рукою. Перевіряють справність робочоїмашини, прокручують рукою всі її частини .
Перед пускудвигуна слід відійти від нього, щоб не бути травмованим у випадки несправності.
Перший развимикають двигун на одну мить. Зразу ж після натискання кнопки «Пуск»натискають на кнопку «Стоп». При справності двигуна, апаратури іелектричного кола та при наявності струму він встигне зробити кілька оборотів.Це буде доказом справності електроустановки і покаже напрямок обертання ротора.
Якщо роторобертається в інший бік і не реверсується, міняють місцями будь – які двапроводи на клемах двигуна або пусковому обладнанні .
У випадку, якщонапрямок обертання двигуна візуально визначити не можна, стежать за показамиприладів. Наприклад, заглибний двигун знаходиться на глибині 20 м. На його роботу і напрямок обертання вкаже амперметр .
2) Несправностіелектродвигунів
Якщо двигун непрацює, індикатором перевіряють наявність напруги на запобіжниках, пусковійапаратурі, а потім на затискачах двигуна. Операції можна виконувати і взворотній послідовності. Відсутність напруги на всіх трьох фазах може бути увипадках: якщо струм не надходить від джерела або не проходить через пусковіапарати .
Відсутністьнапруги на двох або на одній фазах може виникнути внаслідок перегоряннязапобіжника, поганого контакту, обриву проводу. Поганий контакт визначаютьвольтметром, заміривши напругу на ньому при працюючому двигуні. За показамиамперметра і вольтметра обчислюють опір у контакті і усувають чи зменшують йогозачищенням і затягуванням .
3) «Перекинута» фаза
Початки виводівтрифазних двигунів позначають С1, С2 і С3, а кінці -С4, С5 і С6. Прирозбиранні та складанні двигунів бирки іноді гублять, а кінці плутають зпочатками .
/>
Оскільки фаза «перекинута»(обмотка залишилась на місці), то струм іде у зворотному напрямку. Отже, цяобмотка не тільки не допомагає двом іншим, а й гальмує їх роботу (двигун нерозвиває оберти, втрачає потужність). Виникає потреба перевірити чи правильновзято кінці і початки фаз. Найзручніше це зробити так. Провонюють всі обмотки, щоб з’ясувати, який кінець якій обмотці належить. На обидва кінці однієїобмотки надівають шматочки ізоляційної трубки з надписами А1 та А2, другої –В1 та В2, третьої – С1 та С2 (рис. 66).
До виводів А1 таА2 приєднують міліамперметр для постійного струму, а кінцями С1 і С2 на однумить доторкаються до джерела постійного струму (сухий елемент або акумулятор).Стрілка приладу повертається вправо або вліво. Тепер доторкаємося виводом В1 домінуса, а В2 до плюса, стрілка повинна відхилитися в той же бік, що і впопередньому випадку. Якщо вона відхиляється в протилежний, то трубка знадписами В1 та В2 міняють місцями .
Повторюємо дослід, приєднавши міліамперметр до виводів фази В. Якщо тепер відхилення незбіглися, то трубки міняють місцями на фазі А. Для більшої впевненостіексперимент можна повторити .
Тепервикористовують стандартні позначення .
Якщо стрілки невідхиляються, значить джерело струму слабке. У цьому випадку приладпереключають на чутливі ший діапазон .
Визначити, уякій з фаз виникло коротке замикання, можна так. На виводи С1 і С2 подають накількість секунд зміну напруг і замірюють індуковану напругу на виводах А1 і А2, а потім на В1 і В2. Якщо, напруга на В1 і В2 буде меншою, значить частинавитків там замкнута, а якщо однакова – випробування повторюють, подаючинапругу на А1 і А2 і замірюючи напругу на В1 і В2 та С1 і С2. Джерелом змінногоструму може бути лампа, ввімкнута в штепсельне розняття (рис. 67).
/>
Пошукміжвиткового короткого замикання ускладнюється, якщо виведено лише три кінціобмотки і нуль не поданий на масу. Це означатиме, що фазні обмотки з’єднано втрикутник, а прикладена напруга (до точок А і В, рис.68) викликатиме струм нелише в обмотці АВ, а й в двох інших. Зрозуміло, що струм в одній обмотцібуде більший струму в двох інших. Зрозуміло, що струм в одній обмотці, денемає короткого замикання .
4) Визначення придатності електродвигуна
Якщо у вас єдвигун, що не працює, то не відправляйте його зразу ж на перемотування. Він, можливо, його не потребує. На нього, як правило, немає паспорта, абовідсутні виводи обмоток. При наявності виводів вимірюють опір обмоток. Якщоякась з них обірвана, то опір буде безмежним .
Що вказує напошкодження ізоляції. У цьому випадку двигун розбирають. Його слід розбиратиі при наявності люфта в підшипниках або якщо ротор туго прокручується впідшипниках .
У невеликогодвигуна викручують гвинти кріплення одного підшипникового щита до корпуса ілегким ударом торцем вала об тверду підставку (дошку, колоду), зсовуютькорпус двигуна з ротора. Верхній підшипниковий щит (гвинти якого вкручені)залишиться із своїм підшипником на постійному місці, а нижній – разом згвинтами кріплення під дією сили інерції корпуса зміститься вниз на підставку.Нижній підшипник залишиться на валу або зміститься з нього разом із своїм щитом. Виконують цю операцію обережно, щоб не пошкодити ізоляцію обмоток, а такожповерхню статора та ротора .
Спочаткуоглядають обмотку статора. Потемніння ізоляції хоча б на невеликій площівказує на її непридатність. Відшукавши виводи обмоток, якщо кінці відірвані,обережно розрізують бандажі, вимірюють опір обмоток. Може статися, щоприпаюванні виводів ремонт закінчиться. Але здебільшого доводитьсяперемонтувати обмотки статора .
Замінивши мастилоу підшипниках, а при наявності люфта й самі підшипники, двигун складають тавипробовують, визначаючи при цьому й частоту обертання за допомогою тахометра.
Захистелектродвигунів від короткого замикання здійснюються запобіжниками, а такожавтоматичними вимикачами. Плавкі вставки для двигунів з короткозамкненимротором вибирають за номінальною силою струму двигуна. Автоматичні вимикачіповинні захищати двигуни від коротких замикань .
ІІІ. Заземлення ізаземлюючі пристрої сільського електрообладнання
1) Призначеннязаземлюючих пристроїв
Основним заходомзахисту людей від ураження струмом при доторканні до металевих конструкцій ікорпусів електрообладнання, які опинилися під напругою внаслідок пошкодженняізоляції, є влаштування захисних заземлень .
/>
Захиснезаземлення – це з’єднання з землею металевих частин електричних установок, якіможуть в будь – який час опинитися під напругою в результаті пошкодженняізоляції мереж чи приймачів електричної енергії .
З’єднуютьметалеві конструкції електричних установок і корпуси електроприймачів з землеюзаземлюючими захисними провідниками приєднують їх до розміщеного у земліметалевого електрода або груп електродів, з’єднаних паралельно (труби,стержні, кутники, штаби). Ці електроди називаються заземлюючими .
Сукупність заземлювачіві заземлюючих провідників називається заземлюючим пристроєм .
На рисунку 68зображено заземлення електроприймачів у мережах з ізольованою нейтраллю. Уцьому випадку, якщо людина доторкнулася до корпуса електроприймача, щоперебуває під напругою, то вона приєднується до кола замикання на ділянці міжкорпусом і землею. Призначення захисного заземлення полягає в тому, щобстворити між металевими конструкціями або корпусом обладнання, яке захищають,і землею електричне з’єднання достатньо малого (порівняно з тілом людини) опоруабо конструктивного так виконаного, щоб струм через паралельно приєднане тілолюдини чи тварини знижувався до величини, яка не загрожує їх життю і здоров’ю.
Крім створеннібезпеки людей і тварин при однофазних замиканнях, заземлення може мати такожінше призначення: обмеження перенапруги, забезпечення дії релейного захисту,визначення режимів роботи установки при нормальній експлуатації. До останніхналежать: заземлення нейтралів трансформаторів в установках напругою 110 кВ івище, яке має основне призначення – зниження вимог до ізоляції; заземленнянейтралей генераторів; система з використанням землі у вигляді робочогопривода в мережах змінного струму або на електрифікованому транспорті;заземлення розрядників і т. п. Ці заземлення називаються «робочими»на відміну від захисних .
У випадку, колимаємо установку напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю генераторів читрансформаторів, металеві корпуси електроприймачів з’єднуються з цією нейтраллюза допомогою захисних провідників достатньо малого опору. Таке з’єднанняперетворює замикання струмоведучих частин на корпуси електроприймачів у короткезамикання, яке усувають автоматичним вимикачем чи запобіжником .
Таким чином,основне призначення занулення – це забезпечення автоматичного вимикання ділянкимережі, на якій відбулося замикання перебуваючих під напругою провідників наметалеві частини електрообладнання .
Захиснізаземлення або занулення повинні забезпечити :
1. в установках з ізольованою нейтраллю– безпечну силу струму, який проходить через тіло людини при замиканні фазимережі на заземленні частини ;
2. в установках з заземленою нейтраллю –автоматичне вимикання пошкоджених ділянок мережі .
Важливим євимірювання потенціалів у мережах установки або окремих її частинах. Без цьогоу деяких випадках неможливо створити безпечні умови праці. Вирівнюванняпотенціалів застосовують разом із системою заземлення, занулення та ін.
Якщо заземленняабо занулення малоефективні чи влаштування їх викликає значні труднощі,успішно застосовують системи захисного вмикання, які забезпечують швидкодіючевимикання обладнання або його частин за 0,05 – 0,2 с при однофазних замиканняхна землю або на корпус обладнання, а також при доторканні людини до частин,що перебувають під напругою. Ці системи досить широко застосовуються .
Ізоляція відземлі призначена для створення безпеки шляхом застосування ізолюючих площадокдля ремонтних робіт, площадок обслуговування обладнання, корпуси абострумоведучі частини якого перебувають під напругою .
Останнім часомвикористовують додаткову ізоляцію, тобто роблять корпуси електрообладнанняапаратів, електроінструментів, побутових електроприймачів та інших приладів зізолюючих матеріалів або з додатковими ізолюючими вставками між корпусом,робочим інструментом і частинами, які можуть потрапити під напругу припошкодженні ізоляції струмоведучих частин. Внаслідок цього такеелектрообладнання має подвійну ізоляцію. Подвійна ізоляція гарантує безпеку,при цьому відпадає необхідність у заземленні або зануленні і пов’язаних з цимвитрат на їх влаштування та обслуговування. Разом з тим в процесі експлуатаціїможливі випадки перекриття ізоляції провідним пилом (електроінструмент). Длязапобігання цьому потрібно проводити нагляд, профілактичні перевірки тавипробування. Крім того, ізолюючі перекриття тільки тоді надійні, коли вонимеханічно достатньо міцні і відповідають вимогам роботи. Покриття з фарби,лаків, емалі тощо не задовольняють умови додаткової ізоляції .
2) Опір заземлюючогопристрою
Опір, якийчинить струму земля, називається опором розтікання. Опір розтіканнязаземлювача R3 визначають як відношеннінапруги на цьому відносно землі U3 до сили струму що проходить через заземлювачі у землю І3 :
/>
Замість терміна «опіррозтікання заземлювача» часто вживається умовний скорочений термін «опірзаземлювача».
Щоб забезпечитизахисні функції, заземлювачі повинні мати опір, який не перевищує певноївеличини .
Опір заземлюючогопристрою складається з опору заземлювача і опору заземлюючої мережі .
До опорузаземлювача входить також опір переходу струму від заземлювача до прилеглої донеї землі, тобто опір контакта становить тільки незначну частину опору заземлювача, навіть наявність на стальному заземлювачі шару окису не впливає на опіррозтіканню заземлювача в цілому. Опір заземлювача залежить від багатьох умов іперш за все від властивостей землі, в яку він заглиблений .
Величина опорузаземлюючої мережі залежить не тільки від активної, а й реактивної складової.На величину реактивного опору впливає матеріал провідника, зокрема сталь; призбільшенні відстані між фазним і заземлюючим провідниками реактивна складовазбільшується. Цей фактор повинен враховуватися при експлуатаціїелектроустановок з заземленою нейтраллю напругою до 1000 В, а також привлаштуванні виносних заземлень. При постійному і змінному струмах розтікання вземлі струмів замикання на землю проходить по – різному .
Постійний струм поширюєтьсячерез досить значний поперечний переріз землі, так що опір її, за виняткомділянки, яка прилягає безпосередньо до заземлювачів і становить основнучастину опору розтіканню, можна не враховувати. При змінному струмі йогорозподіл у землі значною мірою залежить від індуктивного опору кола лінія –землі.Відомо, що при цьому енергія магнітного поля, а внаслідок цьогосамоіндукція кола наближається до мінімуму, завдяки чому зворотній струм черезземлю концентрується у зоні проходження лінії вздовж її траси, поширюються припромисловій частоті на ширину і глибину приблизно 2 – 3 км.
Активний опірземлі в цьому випадку залежить від довжини ділянки розтікання струму та частотиі не змінюється від опору землі.
3) Крокова напруга. Напруга дотику
Між кожними двоматочками землі, які знаходяться у зоні розтікання струму замикання, існуєпевна різниця напруги. Тому людина, яка перебуває в межах цієї зони,зробивши крок, підлягає дії так званої крокової напруги, внаслідок чого струмпроходить через тіло людини і замикається через ноги .
Величину кроковоїнапруги в різних пунктах розтікання струму визначають за різницею між напругамиточок землі або підлоги, які знаходяться одна від одної на відстані 0,8 м. При віддаленні людини від заземлювача крокова напруга зменшується .
Від кроковоїнапруги небезпека збільшується, якщо людина опинилася в межах її дії і впала.В цьому випадку величина крокової напруги зростає, тому що струм проходитьчерез усе тіло людини .
Ураження людиникроковою напругою може статися поблизу провода, який впав на землю. Найнебезпечнішавона при ударі блискавки .
Для деяких тварин(коні, корови) величина крокової напруги більша 0,8 м, і шлях струму захоплює грудну клітку. Отже, вони більше підлягають ураженню дії кроковоїнапруги .
Другою величиною, яка характеризує ступінь небезпеки і виникає при однофазних замиканнях, єнапруга, що діє на людину в колі однофазного замикання. Ця напруга залежитьвід суми і величини опорів кола. У кожному з цих опорів відбувається спадчастини напруг, яка діє в колі замикання .
Та частинанапруги, припадає на тіло людини в колі замикання, називається напругоюдотику .
З точки зорубезпеки для людини має значення тільки величина напруги дотику, а не повнанапруга відносно землі .
Крім сили струмузамикання і опору заземлюючого пристрою, напруга дотику залежить, як ікрокова, від віддаленості заземлювача і від опору та стану поверхні, на якійстоїть людина .
При розрахункахкрокової напруги і напруги дотику опір взуття не враховують, тому що воно можебути вологим, підбитим металевими цвяхами або його зовсім може не бути. Опірпідлоги враховують, оскільки, знаходячись у колі замикання, він обмежуєнапругу дотику і струм через тіло людини. Малий опір підлоги особливо небезпечний при безпосередньому дотику до частин, які перебувають під напругою .
Якщо опір підлогивеликий, допускається безпосереднє дотикання до частин, які перебувають піднапругою, але таке дотикання повинне бути обмежене часом дії .
Значний досвідпроведення захисних заходів дає можливість замість розрахунків вибирати певнівеличини опору заземлюючих пристроїв та параметри інших захисних засобів .
4) Вирівнювання потенціалів
Напругу дотику іструму через тіло людини можна значно зменшити, якщо вирівняти потенціал біляелектрообладнання. Фактор вирівнювання потенціалів має вирішальне значення дляполіпшення умов безпеки .
Велектрообладнанні напругою до 1000 В вирівнюють потенціал шляхом влаштуваннязаземлювачів, які складаються із заглиблених у землю стальних стержнів,трубок або кутників, з’єднаних стальною штабою, або тільки із смуг,розміщених в один чи кілька рядів у межах об’єктів що захищають .
Чим меншавідстань між окремими елементами заземлювача, тим краще вирівнюється потенціалземлі на зайнятій ним площі при однофазних замиканнях і тим менше значеннякрокової напруги та напруги дотику. В електрообладнанні напругою 110 кВ і вищена краях заземлювача та за його межами може виникати крутий спад потенціалів івідповідно небезпечна крокова напруга. Щоб запобігти цьому, по краяхзаземлювача та за його межами, особливо при вході і виході, укладаютьдодаткові з’єднані з основними заземлювачем стальні штаби, поступовозбільшуючи глибину їх прокладання .
У промисловихустановках потенціали вирівнюють часто природнім шляхом завдяки наявностіобладнання, розгалуженої мережі заземлення, зав’язаної з різноманітнимиметалевими конструкціями, трубопроводами, кабелями і т. ін.
У сільськомугосподарстві в корівниках та інших приміщеннях для тварин для зменшення напругидотику закладають у бетонну підлогу стальний круглий дріт або штаби, з’єднаніз металевими корпусом обладнання і трубопроводами. Так вирівнюють потенціалипо поверхні підлоги, яка має низький опір, і між підлогою та корпусамиобладнання, яке може виявитись під напругою через пошкодження ізоляції .
5) Захисні заходи в мережі з ізольованоюнейтраллю
У електромережі зізольованою нейтраллю сила струму, що проходить через тіло людини придоторканні до частин, які перебувають під напругою, або до корпуса зпошкодженою ізоляцією при обриві заземлення, залежить в основному від опоруізоляції мережі. При великому опорі ізоляції струм може мати дуже малувеличину, і доторкання до частини, яка перебуває під напругою, може в деякихвипадках не викликати ураження. Такі умови можливі лише в мережах малоїдовжини, які мають великий опір ізоляції і малу ємність проводів відносноземлі .
В установках зізольованою нейтраллю треба врахувати виникнення замикань на землю, які невимикаються.Самі по собі однофазні замикання в цих мережах ураження невикликають. Проте за час їх усунення збільшується небезпека ураження придоторканні до струмоведучих частин і, крім того, не виключається можливістьвиникнення другого замикання на землю у другій фазі тієї ж мережі, чому сприяєзбільшення напруги непошкоджених фаз тієї ж мережі, в √3 рази. Приподвійних замиканнях на заземлених частинах може виникнути небезпечна напруга,в тому числі у мережах напругою до 1000 В. Такі випадки неодноразовоспричиняли тяжкі ураження .
З точки зорубезпеки має істотне значення вид подвійного замикання (на корпус чибезпосередньо на землю).
Якщо замиканнявиникло в двох точках електрообладнання, яке живиться від одного генератораабо трансформатора і має загальні зв’язки (наприклад, через оболонки кабелів,трубопроводи, мережі заземлення), то подібні подвійні замиканняперетворюються в короткі замикання і вимикаються захистом. Тому, де єможливість, слід зв’язувати мережі заземлення окремого обладнання черезводопровід, оболонки кабелів тощо, а при їх відсутності і малих відстаней міжобладнаннями – за допомогою спеціальних провідників. У промисловому електрообладнанніці зв’язки майже завжди існують, а у непромисловому – немає, тому мережі зізольованою нейтраллю мають істотний недолік .
Якщо одне іззамикань виникло на корпус, а друге безпосередньо на землю, то велектрообладнанні напругою до 1000 В на корпусі, як правило, виявляєтьсязначно менша частина між фазної напруги, тому що контакт з землею має відносновисокий опір. У мережах напругою понад 1000 В такі подвійні замиканнявикликають спрацювання захисту або одне з місць замикання через короткий часвідгоряє, і замикання перетворюється в однофазне .
Замиканнябезпосередньо на землю проводів двох фаз при досить високих напругах призводитьдо їх вимикання. Якщо опір аварійного кола виявиться більшим, а струмзамикання – недостатнім для спрацювання захисту, таке замикання може бутитривалим. У таких випадках здійснити будь – які заходи захисту, пов’язані звикористанням заземлення, неможливо .
Та обставина, щооднофазні замикання слід невідкладно усувати, дає можливість відмовитися відспеціальних заходів щодо подвійних замикань на землю .
Для своєчасноговиявлення однофазних замикань і запобігання періоду їх у двофазні необхідносвоєчасно контролювати стан ізоляції. Заземлюючі пристрої в мережах зізольованою нейтраллю напругою до 1000 В відповідно до вимог правил влаштуванняелектроустановок повинні мати опір, не вищий 4 Ом. При живленні відгенератора чи трансформатора потужністю до 100 кВА або якщо сумарна потужністькількох генераторів чи трансформаторів не перевищує 100 кВА, опір заземлюючогопристрою не повинен перевищувати 10 Ом .
Величина опору 4Ом встановлена тому, що в мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллюзначних струмів однофазного замикання в умовах нормального середовища не буває. Виходячи з цього, у практиці проектування мереж з ізольованою нейтраллюнапругою до 1000 В прийнято розрахункову досить високу силу струму замикання наземлю – 10 А. При І3 = 10 А одержимо таку напругу дотику :
Uд = к д I3R3 =к д •10•4
що навіть при к д= 1 не перевищує допустимої величини .
Уелектрообладнанні малої потужності, що має, як правило, короткі мережі,струми замикання на землю мають дуже малу величину. Таким чином, незважаючине допустиме для цього обладнання, збільшення опору заземлюючого пристрою до10 Ом напруга дотику буде мати при однофазних замиканнях дуже малі значення .
У мережах зізольованою нейтраллю напругою понад 1000 В опір заземлюючого пристрою припроходженні розрахункового струму замикання на землю у будь – який час згідно звимог правил влаштування електроустановок визначають за формулою :
/>
Для поліпшенняумов безпеки правил влаштування електроустановок обмежують максимальний опірзаземлюючого пристрою в електрообладнанні без компресії ємність сил струму небільше 10 Ом .
В обладнанні зкомпенсацією ємнісних струмів заземлюючим пристрій розраховують сили струмівзамикання на землю повинні бути прийняті для тієї із можливих в експлуатаціїсхем мережі, при якій струм замикання на землю мають найбільшу величину. Дляцього слід врахувати розміщення компенсуючого апарата .
З метоюполегшення влаштування заземлення допускається приймати за розрахункову силиструму дії релейного захисту від між фазних замикань або номінальну силу струмуплавких уставок запобіжників, якщо струм замикання на землю має величину неменшу, ніж 1,5 – кратний струм установки релейного захисту або 3 – кратнийномінальний струм запобіжника .
6) Захисні заходи в мережі зглухозаземленою нейтраллю
У мережах зглухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В основним захисним засобом єзанулення корпусів електрообладнання (рис. 69). В Україні це в основномустосується мереж напругою 380/220 В .
Наявністьзаземленої нейтралі створює безпеку шляхом вмикання аварійної ділянки.Цьогодосягають з’єднанням корпусів електроприймачів з заземленою нейтраллютрансформатора або генератора. Таке з’єднання (занулення) створює при будь –якому замиканні на заземлені частини замкнене металеве коло короткого замикання, яке вимикається апаратурою захисту, незалежно від опору заземленої нейтралі.
/>
Рис. 69.Приєднання електрообладнання до заземленого
Нульового провода(занулення).
У цехахпромислових підприємств з занулюючим провідником або мережею занулення зв’язанірізні металеві частини і конструкції, які утворюють третє паралельне коло.Деяка частина струму проходить через нього. Проте вона не велика, тому щоколо фазний провід – віддалені металеві частини має великий індуктивний опір.Короткочасно до вимикання захистом фазна напруга розподілиться між всімаопорами пропорціонально їх величині .
7) Заземлення опор та обладнанняповітряних ліній
Заземлення опорповітряних лінії визначається вимогами безпеки і вимогами захисту від грозовоїперенапруги. Здійснюють його на основі таких положень .
У мережах напругоюпонад 1000 В заземлюють залізобетонні і металеві опори ліній напругою 35 кВ,ліній 3 – 20 кВ тільки у населених пунктах, ліній всіх типів і напруг, наяких встановлені пристрої грозозахисту або підвішений трос .
На дерев’янихопорах арматуру, стержні ізоляторів та інші металеві частини необхіднозаземлювати тільки при наявності на них троса або пристроїв грозозахисту .
При заземленніопор бажано використати зв’язок з землею їх фундаментів або основ, тому що ввологих ґрунтах провідність залізобетонних фундаментів і основ досить стабільна.
Велектрообладнанні напругою до 1000 В всі металеві і залізобетонні опори,оскільки вони завжди знаходяться в населених пунктах повинні бути заземлені абозанулені .
Опір заземлюючихпристроїв цих опор в мережах з ізольованою нейтраллю повинен становити небільше 50 Ом. Занулення роблять, з’єднуючи з нульовим проводом стержні,траверси і гаки .
Якщо на опорі євідтяжки, то їх слід також заземлювати. Заземлення роблять безпосередньо наметалевій опорі приєднанням відтяжки до неї або ж до арматури чи заземлюючихспусків при залізобетонних опорах. У мережах напругою до 1000 В з заземленоюнейтраллю відтяжки слід приєднувати до нульового провода .
8) Обладнання, яке підлягає заземленнюабо зануленню
Застосуваннязахисних засобів є обов’язковим у всіх приміщеннях з підвищеною небезпекою іособливо небезпечних, а також в зовнішніх установах при номінальній напрузімережі понад 42 В змінного струму і понад 110 В постійного. У виробничихприміщеннях є елементи підвищеної небезпеки: значна кількість металевих частин, верстатне та інше обладнання, трубопроводи, металеві оболонки кабелів,провідні підлоги тощо .
При напрузі 500 Ві вище заземлення потрібно влаштовувати в усіх випадках .
Заземленню абозануленню підлягають всі металеві корпуси електрообладнання, які нормально неперебувають під напругою, але можуть опинитися внаслідок пошкодження ізоляції, а також труби електропроводки, металеві оболонки кабелів та ін.
Необхідновиконувати заземлення (занулення) в тих приміщеннях житлових будинків тагромадських будівель, які належать до категорії виробничих і мають ознакипідвищеної небезпеки .
Кабелі та іншіконструкції для прокладання проводів і кабелів слід заземлювати, як і всі іншіконструкції, що можуть виявитися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції .
Мінімальнірозміри стальних захисних провідниківНазва У приміщеннях У зовнішніх установках У землі Круглі діаметром, мм 5 6 10
Прямокутні: площа поперечного перерізу, мм2
товщина, мм
24
3
48
4
48
4 Водогазопровідні труби, товщина стінок, мм 2,5 2,5 3,5 Зварні тонкостінні труби товщина стінок, мм 1,5 Не допускається
Бібліографічнийсписок
1. М.В. Принц, В.М. ЦимбалістийТрансформатори монтаж, обслуговування та ремонт 181 с. 2007р.
2. О.Г. Шаповаленко, В.М. Бондар Основи електричнихвимірювань 317 с. 2002р.
3.О.С. Коваль Поради сільському електрику 157 с.1990р.
4.Л.В. Журавльова, В.М. БондарЕлектроматеріалознавство с. 307
5.М.В. Васильчук, Л.Е. Винокуровіа, М.Я. ТесленкоОснови охорони праці с.198
6.В.Є. Китаєв Електротехніка з основами промисловоїелектроніки с.134 – 205