Реферат: Електротехніка і спецтехнологія електромонтерів

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

УПРАВЛІННЯ ОСВІТИ І НАУКИ ПОЛТТАВСЬКОЇ

ОБЛДЕРЖАДМІНІСТРАЦІЇ

Професійно – технічне училище №49 села Красногорівка

В – Багачанського району Полтавської області

«ЕЛЕКТРОТЕХНІКА і СПЕЦТЕХНОЛОГІЯ електромонтерів „

2009 р.

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 сільського електрообладнання

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. Виробництво і використання електричної енергії

1) Що представляє собою Енергія ?

З усіх видів енергії найчастіше використовується електромагнітна, яку на практиці називають електричною .

Енергія – це кількісна міра руху і взаємодії всіх форм матерії. Будь – який вид енергії має свого носія. Наприклад, механічною енергією володіє вода, що падає на колесо гідротурбіни, заведена пружина; тепловою – нагрітий газ, пара, гаряча вода .

Носієм електричної енергії є електромагнітне поле, яке виявляється за силовою дією на позитивно заряджені частинки .

Широке використання електричної енергії зумовлює можливістю ефективного перетворення її в інші види енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну) з метою приведення в дію машин і механізмів, одержання тепла та світла, зміни хімічного складу речовин, виробництва та обробки металів тощо .

Перетворення електричної енергії в механічну з допомогою електродвигунів дає змогу зручно, технічно досконало й економічно вигідно приводити в рух різного виду робочі машини та механізми (металорозрізальні верстати, прокатні стани, піднімально – транспортні машини, насоси, вентилятори, швейні та взуттєві машини, зерноочищувальні, мукомельні машини тощо).

За допомогою електродвигунів рухаються поїзди, морські та річкові судна, міський транспорт .

Електрифікація робочих машин дає змогу не тільки механізувати, але й максимально автоматизувати силові процеси, оскільки електродвигун дозволяє в широких діапазонах регулювати потужності і швидкості привода .

У багатьох технологічних процесах використовують перетворення електричної енергії у теплову та хімічну. Наприклад, електронагрівання і електроліз дає змогу одержувати високоякісні спеціальні сталі, кольорові метали тощо. Під час електротермічної обробки металів, гумових виробів, пластмаса, скла, деревини одержують продукцію високої якості .

Електрохімічні процеси, які складають основу гальванотехніки, дають змогу одержувати антикорозійне покриття, ідеальні поверхні для відбивання променів і т.д.

Електроенергія є практично єдиним видом енергії для штучного освітлення, оскільки електричні джерела світла забезпечують його високу якість. Завдяки використанню електричної енергії одержані разючі результати в галузі зв’язку, автоматики, електроніці, керуванні та контролі за технологічними процесами .

У таких галузях як медицина, біологія, астрономія, геологія, математика втілюють спеціалізовані електричні прилади, апарати, установки, які забезпечують їх подальший розвиток .

Величезне значення для розвитку науки і техніки мають комп’ютери, які є поширеним і високоефективним засобом наукових досліджень, економічних розрахунків, у плануванні, керуванні виробничими процесами, діагностиці захворювань. Без них не було б розвитку кібернетики, обчислювальної і космічної техніки .

Єдиним недоліком електричної енергії є неможливість запасати її і зберігати ці запаси тривалий час. Запаси електроенергії в акумуляторах, гальванічних елементах і конденсаторах достатні лише для роботи малопотужних установок, причому термін зберігання цих запасів обмежені. Тому електроенергія повинна бути вироблена в такій кількості, яка потрібна споживачам .

Повсюдне використання електроенергії при концентрації природних енергетичних ресурсів в окремих географічних районах зумовило необхідність передачі її на великі відстані, розподіл між електроприймачами у великому діапазоні потужностей .

Електрична енергія легко розподіляється по приймачах довільної потужності. В автоматичній та вимірювальній техніці використовуються пристрої малої потужності (одиниці та частки вата). Водночас є електричні пристрої (двигуни, нагрівальні установи) потужністю в тисячі та десятки тисяч кіловат .

Для передачі та розподілу електричної енергії використовують повітряні лінії електропередачі, кабельні лінії, у цехах промислових підприємств – шинопроводи та електропроводки, які виконують металевими проводами з алюмінію, сталі та міді. У проводах установлюються електромагнітне поле, яке несе енергію .

За наявністю проводів поле досягає великої концентрації, тому передача здійснюється з високим коефіцієнтом корисної дії .

При дуже високій напрузі між проводами починається коронний розряд, що призводить до втрати енергії. Допустима напруга повинна бути такою, щоб при заданому поперечному перерізу провода втрати енергії внаслідок коронного розряду були незначними.

Електричні станції областей нашої країни об’єднані високовольтними лініями передач і утворюють загальну електричну мережу, до якої приєднані споживачі. Таке об’єднання називається енергосистемою, яка дає змогу згладити «пікові» навантаження у ранкові та вечірні години і безперебійно подавати енергію споживачам незалежно від місця їх розташування та оперативно перекидати енергію в ту зону, де споживання енергії в даний момент максимальне .

Безперечно, що без електричної енергії неможливе нормальне життя сучасної цивілізації. Тому надзвичайно важливим є забезпечення високої надійності постачання електроенергії, раціональне її використання, тобто максимальне скорочення втрат в процесі її виробництва, передачі та розподілу .

Для уникнення людством «енергетичного голоду» та усунення шкідливого впливу на навколишнє середовище вчені шукають нові шляхи одержання електричної енергії, збільшенням її потужності та підвищенням коефіцієнта корисної дії установок для перетворення теплової, хімічної, сонячної енергії в електричну. Рівень розвитку продуктивних сил суспільства, здатність виробляти матеріальні блага і створювати кращі матеріальні умови для життя визначається рівнем виробництва і споживання електричної енергії .

Електрична енергія має дві чудові властивості: вона може передаватись на великі відстані з порівняно малими втратами і може легко перетворюватись в інші види енергії .

Зростання масштабів споживання електричної енергії, загострюється проблема охорони навколишнього середовища значно активізували пошуки більш екологічно чистіших способів одержання електричної енергії. У всьому світі проводяться дослідження способів освоєння термоядерної енергії, прямо без машинного перетворення внутрішньої і хімічної енергії в електричну: магнітогідродинамічні, термоелектричні й термоелектронні генератори, паливні елементи тощо .

Трансформатор для невеликої потужностей (десятки ват), які застосовують переважно в лабораторіях і для побутових цілей, мають дуже невеликі розміри. А потужні трансформатори, що перетворюють сотні й тисячі кіловат, є величезними спорудами. Звичайно потужні трансформатори вміщують в сталевий бак, заповнений спеціальним мінеральним маслом. Це поліпшує умови охолодження трансформатора, і, крім того, масло відіграє важливу роль як ізолюючий матеріал. Кінці обмоток трансформатора виводять через прохідні ізолятори, укріплені на верхній кришці бака.

Трансформатор винайшов у 1876 році П. Яблочков, який застосував його для живлення своїх «свічок», що потребували різної напруги. Трохи пізніше самостійно дійшов думки про створення трансформатора І. Усагін, який демонстрував свій прилад і його застосування в 1882 р.

У 70 – х роках ХХ століття були в основному розроблені конструкції генераторів електричного струму. Це дало змогу перетворити теплову енергію парових машин або падаючої води на електричну .

Проте необхідність в добуванні великих кількостей електричної енергії відразу ж поставила перед технікою інше дуже важливе і принципово цілком нове завдання, а саме транспортування енергії, передавання її з одного місця в інше. До винайдення електричних генераторів це завдання здавалось зовсім нерозв’язним. Справді, якщо ми маємо водяний чи вітровий двигун або парову машину, то ми можемо передати їх механічну енергію тільки верстатові, що розміщений в безпосередній близькості до двигуна. Ця передача з допомогою валів, зубчастих коліс, пасових трансмісій тощо порівняно легко здійснюється на відстань до кількох десятків або, в крайньому разі, сотень метрів, але не можна уявити собі, щоб з допомогою таких пристроїв можна було передавати енергію на відстані кількох кілометрів або десятків кілометрів .

Енергію електричного струму можна передавати по проводах на відстані кількох тисяч кілометрів. Тому, як тільки були створені перші задовільні моделі електричних генераторів, постала проблема централізованого виробництва енергії та її передачі по проводах на значну відстань. Така постановка завдання – виробництва енергії в одному місці і споживання її в іншому – є однією з принципових важливих особливостей енергетики, яка ґрунтується на використанні електричної енергії .

Переважна частина електричної енергії, що добувається в Україні та яка є енергетичною базою всієї промисловості, виробляється на великих електропідстанціях. Потужність цих станцій вимірюється сотнями тисяч і мільйонами кіловат. Розміщуються вони там, де є великі запаси водної енергії (на Дніпрі, та інших повноводних річках), або там, де є великі запаси дешевого палива. Енергія цих станцій розподіляється по дротяних мережах на величезні відстані та споживається часто в місцях, віддалених від станцій на сотні й тисячі кілометрів.При цьому значна кількість потужних станцій об’єднуються в одну енергетичну систему (наприклад Укренерго), яка постачає енергію споживачам величезного району. Надзвичайно важливим кроком у розв’язанні цього фундаментального електротехнічного завдання стало з’ясування як значно зменшити втрати, підвищуючи напругу, під якою передається струм. Цього висновку вперше дійшов російський електротехнік Д. Лачинов, який опублікував своє дослідження в 1880 р. Приблизно через рік до таких самих висновків дійшов французький дослідник Депре, який здійснив першу передачу електроенергії значної потужності телеграфними проводами на відстань 57 км (у 1882р.).

Збільшити напругу в 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 для цього довелося б їх робити дуже товстими, бо довжина проводів задається відстанню до місця споживання. Зрозуміло, що значне збільшення перерізу проводів пов’язане з їх подорожчанням і, отже, воно нераціональне. Навпаки, застосування високих напруг дає змогу користуватися тонкими проводами, тобто проводами з великим опором, але зате набагато дешевшими .

Проте будувати генератори напругою в сотні тисяч вольт дуже важко хоча б тому, що ізоляція машин не витримує таких напруг. Крім того, не можна такі високі напруги подавати безпосередньо споживачеві .

Єдиний можливий вихід полягає в тому, щоб на електричній станції підвищувати напругу, яку дає генератор, передавати енергію під цією високою напругою в місце споживання і тут знову знижувати напругу до потрібних меж. Здійснити таке перетворення напруг для постійного струму надзвичайно важко. Навпаки, для змінного струму таке перетворення можна провести з допомогою трансформатора легко і з дуже малими втратами енергії.

Потужні електричні станції виробляють величезні кількості електричної енергії при змінній напрузі в 6 – 20 тисяч вольт і частоті 50Гц. Ця енергія подається в підвищувальні трансформатори і потрапляє в лінії передачі під напругою в 110 – 220 тисяч вольт. По лініях передачі енергії подається до місця споживання.Тут струм приймається насамперед на головну знижувальну підстанцію, де з допомогою трансформатора напруга його підвищується звичайно до 35 тисяч вольт.Під цією напругою струм потрапляє в проводи районної розподільної мережі, яка сполучає головну знижувальну підстанцію з порівняно близькими місцями споживання. У кожному такому місці встановлюють вторинні знижувальні підстанції, тобто трансформатори, які знижують напругу до 3, 6 або до 10 тисячі вольт.Звідси по проводах місцевої розподільної мережі струм потрапляє в численні трансформаторні пункти, які є на окремих заводах або обслуговують невелику групу будинків, а іноді й один великий будинок. Тут напруга знижується до 127, 220 або 380В і під цією низькою напругою енергія подається в окремі квартири, до верстатів тощо, по так званій внутрішній мережі .

Звичайно електрична енергія передається майже виключно у вигляді змінного струму високої напруги. Але розрахунок показує, що передавати її у вигляді постійного струму високої напруги набагато вигідніше, бо це потребувало б проводів з перерізом, а отже, й вагою в 1,5 рази меншими, а при далеких відстанях передачі (на тисячі кілометрів) це дуже істотний момент. Використання постійного струму замість змінного гальмується тим, що досі не знайдено способу добування потужних постійних струмів високої. напруги і не існує способів трансформації напруги постійного струму Це одне з дуже важливих завдань, які стоять перед електротехнікою.

У наш час електричні вимірювання й електричні прилади посідають одне з чільних місць у житті цивілізованого людства. За частотою застосувань електричні вимірювання поступаються хіба що лише вимірюванням довжини, маси та температури. Електричні вимірювання застосовуються не лише для вимірювань власне електричних величин (напруги, струму, потужності, енергії, опору, частоти, зсуву фаз, ємності та ряду магнітних величин), а й при використанні перетворювачів для вимірювання багатьох неелектричних величин (тиску, температури, швидкості, параметрів вібрації, рівня рідин та сипучих матеріалів, витрати рідин та газоподібних речовин, величин потужних деформацій, відстаней тощо).

Найбільшого розмаїття електровимірювальних приладів досягнуло в енергетиці. Без застосування електровимірювальних приладів була б неможливою робота сучасних електричних станцій, де нормальна дія кожного енергоблоку може підтримуватись персоналом лише на основі аналізу інформації, що находять від багатьох десятків (а іноді й сотень)приладів, які контролюють безліч параметрів енергоблоку. При цьому чи не найбільша частина цих електричних приладів контролює неелектричні величини .

В енергетиці електровимірювальні прилади використовують не тільки для поточного контролю роботи енергообладнання, а й для пошуку його пошкоджень. Причому саме за допомогою електричних вимірювань візуально недосяжні пошкодження обладнання знаходять найвище й найточніше. Потенціальні можливості промисловості, що виробляє електровимірювальні прилади, в Україні надзвичайно великі й значною мірою перевищують потреби країни у цих приладах .

Важко уявити нашу працю і побут без електрики. Її широко використовують у промисловості, на транспорті, у зв’язку, в медицині й мистецтві. Електрика дозволила створити нові технології виробництва і матеріали, яких немає в природі.

ІІ. Трифазні трансформатори

1) Трифазні електродвигуни

Основним недоліком двигунів з короткозамкненим ротором є трудність регулювання частоти обертання ротора, а значить і пуску навантаженого електродвигуна .

Змінити частоту обертання можна зміною кількості пар полюсів або частоти. Перший спосіб застосовують для зменшення частоти обертання, а другий – для збільшення .

У деяких двигунах кількість обмоток (а отже, й частота обертання) зміна, але плавно не регулюється. Двигуни мають не великий пусковий момент і значну кратність пускової сили струму .

Однією із найважливіших характеристик двигуна є ККД. Він обернено пропорціонально залежить від зазору між магніто проводами статора й ротора .

Електродвигун вибирають за потужністю, частотою обертання, режимом роботи та конструктивним виконанням .

Режим роботи – тривалий, короткочасний та повторно – короткочасний, позначають відповідно S1, S2, S3 .

У тривалому режимі працюють двигуни вентиляторов, водяних насосів тощо.

На паспорті двигуна короткочасного режиму надпису S2 немає, а вказана тривалість періоду навантаження: 10, 30, 60 або 90 хв.

У двигунів повторно – короткочасного режиму вказують тривалість вмиканнях в процентах: ПВ 15, 25, 40 чи 60 %

Для всіх режимів недопустиме перевантаження двигуна, тому що при перегріванні він виходить із ладу .

Кожний клас нагрівостійкості 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 чи скловолокна з органічними просочувальними сумішами ); С – понад 180 °С (слюда, кварц, скло, фарфор ) .

Під впливом теплоти, вібрації та інших факторів ізоляція старіє, тобто втрачає електроізоляцію та механічні властивості, а надмірна напруга її прибиває .

Температуру нагрівання електродвигуна визначають рукою. Якщо її можна втримати, то перегрівання не має .

Якщо двигун при тривалій роботі залишається холодним або трохи теплим, то це певна ознака недовантаження. Його слід повністю завантажити або замінити двигуном меншої потужності .

При виборі двигуна звертають увагу на виконання за ступенем захисту. У захищених двигунах обмотка закрита лише від дощу, а сторонні предмети різної величини можуть потрапити всередину. Це двигуни серії 4А з ступенем захисту ІР23. Закриті обдувні двигуни захищені від потраплянням предметів, розміри яких більші 1 мм. Їх ступінь захисту ІР44 .

Іноді має значення з якого матеріалу виготовлений корпус та інші деталі двигуна. Літерою Х позначають алюмінієвою станину і чавунні щити .

Перед пробним пуском двигуна перевіряють правильність підключення (згідно схеми) двигуна, приладів, апаратів. Мегомметром вимірюють опір ізоляції між проводами та кожним проводом і землею при відключеному приймачі і апаратах. Він неповинний бути меншим 0,5 МОм. Ротор прокручують рукою. Перевіряють справність робочої машини, прокручують рукою всі її частини .

Перед пуску двигуна слід відійти від нього, щоб не бути травмованим у випадки несправності .

Перший раз вимикають двигун на одну мить. Зразу ж після натискання кнопки «Пуск» натискають на кнопку «Стоп». При справності двигуна, апаратури і електричного кола та при наявності струму він встигне зробити кілька оборотів. Це буде доказом справності електроустановки і покаже напрямок обертання ротора .

Якщо ротор обертається в інший бік і не реверсується, міняють місцями будь – які два проводи на клемах двигуна або пусковому обладнанні .

У випадку, якщо напрямок обертання двигуна візуально визначити не можна, стежать за показами приладів. Наприклад, заглибний двигун знаходиться на глибині 20 м. На його роботу і напрямок обертання вкаже амперметр .

2)Несправності електродвигунів

Якщо двигун не працює, індикатором перевіряють наявність напруги на запобіжниках, пусковій апаратурі, а потім на затискачах двигуна. Операції можна виконувати і в зворотній послідовності. Відсутність напруги на всіх трьох фазах може бути у випадках: якщо струм не надходить від джерела або не проходить через пускові апарати .

Відсутність напруги на двох або на одній фазах може виникнути внаслідок перегоряння запобіжника, поганого контакту, обриву проводу. Поганий контакт визначають вольтметром, заміривши напругу на ньому при працюючому двигуні. За показами амперметра і вольтметра обчислюють опір у контакті і усувають чи зменшують його зачищенням і затягуванням .

3) «Перекинута» фаза

Початки виводів трифазних двигунів позначають С1, С2 і С3, а кінці -С4, С5 і С6. При розбиранні та складанні двигунів бирки іноді гублять, а кінці плутають з початками .

Оскільки фаза «перекинута» (обмотка залишилась на місці), то струм іде у зворотному напрямку. Отже, ця обмотка не тільки не допомагає двом іншим, а й гальмує їх роботу (двигун не розвиває оберти, втрачає потужність). Виникає потреба перевірити чи правильно взято кінці і початки фаз. Найзручніше це зробити так. Провонюють всі обмотки, щоб з’ясувати, який кінець якій обмотці належить. На обидва кінці однієї обмотки надівають шматочки ізоляційної трубки з надписами А1 та А2, другої – В1 та В2, третьої – С1 та С2 (рис. 66).

До виводів А1 та А2 приєднують міліамперметр для постійного струму, а кінцями С1 і С2 на одну мить доторкаються до джерела постійного струму (сухий елемент або акумулятор). Стрілка приладу повертається вправо або вліво. Тепер доторкаємося виводом В1 до мінуса, а В2 до плюса, стрілка повинна відхилитися в той же бік, що і в попередньому випадку. Якщо вона відхиляється в протилежний, то трубка з надписами В1 та В2 міняють місцями .

Повторюємо дослід, приєднавши міліамперметр до виводів фази В. Якщо тепер відхилення не збіглися, то трубки міняють місцями на фазі А. Для більшої впевненості експеримент можна повторити .

Тепер використовують стандартні позначення .

Якщо стрілки не відхиляються, значить джерело струму слабке. У цьому випадку прилад переключають на чутливі ший діапазон .

Визначити, у якій з фаз виникло коротке замикання, можна так. На виводи С1 і С2 подають на кількість 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 частина витків там замкнута, а якщо однакова – випробування повторюють, подаючи напругу на А1 і А2 і замірюючи напругу на В1 і В2 та С1 і С2. Джерелом змінного струму може бути лампа, ввімкнута в штепсельне розняття (рис. 67).

Пошук міжвиткового короткого замикання ускладнюється, якщо виведено лише три кінці обмотки і нуль не поданий на масу. Це означатиме, що фазні обмотки з’єднано в трикутник, а прикладена напруга (до точок А і В, рис.68) викликатиме струм не лише в обмотці АВ, а й в двох інших. Зрозуміло, що струм в одній обмотці буде більший струму в двох інших. Зрозуміло, що струм в одній обмотці, де немає короткого замикання .

4) Визначення придатності електродвигуна

Якщо у вас є двигун, що не працює, то не відправляйте його зразу ж на перемотування. Він, можливо, його не потребує. На нього, як правило, немає паспорта, або відсутні виводи обмоток. При наявності виводів вимірюють опір обмоток. Якщо якась з них обірвана, то опір буде безмежним .

Що вказує на пошкодження ізоляції. У цьому випадку двигун розбирають. Його слід розбирати і при наявності люфта в підшипниках або якщо ротор туго прокручується в підшипниках .

У невеликого двигуна викручують гвинти кріплення одного підшипникового щита до корпуса і легким ударом торцем вала об тверду підставку (дошку, колоду), зсовують корпус двигуна з ротора. Верхній підшипниковий щит (гвинти якого вкручені) залишиться із своїм підшипником на постійному місці, а нижній – разом з гвинтами 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 також поверхню статора та ротора .

Спочатку оглядають обмотку статора. Потемніння ізоляції хоча б на невеликій площі вказує на її непридатність. Відшукавши виводи обмоток, якщо кінці відірвані, обережно розрізують бандажі, вимірюють опір обмоток. Може статися, що припаюванні виводів ремонт закінчиться. Але здебільшого доводиться перемонтувати обмотки статора .

Замінивши мастило у підшипниках, а при наявності люфта й самі підшипники, двигун складають та випробовують, визначаючи при цьому й частоту обертання за допомогою тахометра .

Захист електродвигунів від короткого замикання здійснюються запобіжниками, а також автоматичними вимикачами. Плавкі вставки для двигунів з короткозамкненим ротором вибирають за номінальною силою струму двигуна. Автоматичні вимикачі повинні захищати двигуни від коротких замикань .

ІІІ. Заземлення і заземлюючі пристрої сільського електрообладнання

1) Призначення заземлюючих пристроїв

Основним заходом захисту людей від ураження струмом при доторканні до металевих конструкцій і корпусів електрообладнання, які опинилися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції, є влаштування захисних заземлень .

Захисне заземлення – це з’єднання з землею металевих частин електричних установок, які можуть в будь – який час опинитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції мереж чи приймачів електричної енергії .

З’єднують металеві конструкції електричних установок і корпуси електроприймачів з землею заземлюючими захисними провідниками приєднують їх до розміщеного у землі металевого електрода або груп електродів, з’єднаних паралельно (труби, стержні, кутники, штаби). Ці електроди називаються заземлюючими .

Сукупність заземлювачів і заземлюючих провідників називається заземлюючим пристроєм .

На рисунку 68 зображено заземлення електроприймачів у мережах з ізольованою нейтраллю. У цьому випадку, якщо людина доторкнулася до корпуса електроприймача, що перебуває під напругою, то вона приєднується до кола замикання на ділянці між корпусом і землею. Призначення захисного заземлення полягає в тому, щоб створити між металевими конструкціями або корпусом обладнання, яке захищають, і землею електричне з’єднання достатньо малого (порівняно з тілом людини) опору або конструктивного так виконаного, щоб струм через паралельно приєднане тіло людини чи тварини знижувався до величини, яка не загрожує їх життю і здоров’ю .

Крім створенні безпеки людей і тварин при однофазних замиканнях, заземлення може мати також інше призначення: обмеження перенапруги, забезпечення дії релейного захисту, визначення режимів роботи установки при нормальній експлуатації. До останніх належать: заземлення нейтралів трансформаторів в установках напругою 110 кВ і вище, яке має основне призначення – зниження вимог до ізоляції; заземлення нейтралей генераторів; система з використанням землі у вигляді робочого привода в мережах змінного струму або на електрифікованому транспорті; заземлення розрядників і т. п. Ці заземлення називаються «робочими» на відміну від захисних .

У випадку, коли маємо установку напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю генераторів чи трансформаторів, металеві корпуси електроприймачів з’єднуються з цією нейтраллю за допомогою захисних провідників достатньо малого опору. Таке з’єднання перетворює замикання струмоведучих частин на корпуси електроприймачів у коротке замикання, яке усувають автоматичним вимикачем чи запобіжником .

Таким чином, основне призначення занулення – це забезпечення автоматичного вимикання ділянки мережі, на якій відбулося замикання перебуваючих під напругою провідників на металеві частини електрообладнання .

Захисні заземлення або занулення повинні забезпечити :

1. в установках з ізольованою нейтраллю – безпечну силу струму, який проходить через тіло людини при замиканні фази мережі на заземленні частини ;

2. в установках з заземленою нейтраллю – автоматичне вимикання пошкоджених ділянок мережі .

Важливим є вимірювання потенціалів у мережах установки або окремих її частинах. Без цього у деяких випадках неможливо створити безпечні умови праці. Вирівнювання потенціалів застосовують разом із системою заземлення, занулення та ін.

Якщо заземлення або занулення малоефективні чи влаштування їх викликає значні труднощі, успішно застосовують системи захисного вмикання, які забезпечують швидкодіюче вимикання обладнання або його частин за 0,05 – 0,2 с при однофазних замиканнях на землю або на корпус обладнання, а також при доторканні людини до частин, що перебувають під напругою. Ці системи досить широко застосовуються .

Ізоляція від землі призначена для створення безпеки шляхом застосування ізолюючих площадок для ремонтних робіт, площадок обслуговування обладнання, корпуси або струмоведучі частини якого перебувають під напругою .

Останнім часом використовують додаткову ізоляцію, тобто роблять корпуси електрообладнання апаратів, електроінструментів, побутових електроприймачів та інших приладів з ізолюючих матеріалів або з додатковими ізолюючими вставками між корпусом, робочим інструментом і частинами, які можуть потрапити під напругу при пошкодженні ізоляції струмоведучих частин. Внаслідок цього таке електрообладнання має подвійну ізоляцію. Подвійна ізоляція гарантує безпеку, при цьому відпадає необхідність у заземленні або зануленні і пов’язаних з цим витрат на їх влаштування та обслуговування. Разом з тим в процесі експлуатації можливі випадки перекриття ізоляції провідним пилом (електроінструмент). Для запобігання цьому потрібно проводити нагляд, профілактичні перевірки та випробування. Крім того, ізолюючі перекриття тільки тоді надійні, коли вони механічно достатньо міцні і відповідають вимогам роботи. Покриття з фарби, лаків, емалі тощо не задовольняють умови додаткової ізоляції .

2) Опір заземлюючого пристрою

Опір, який чинить струму земля, називається опором розтікання. Опір розтікання заземлювача R3 визначають як відношенні напруги на цьому відносно землі U3 до сили струму що проходить через заземлювачі у землю І3 :

Замість терміна «опір розтікання заземлювача» часто вживається умовний скорочений термін «опір заземлювача».

Щоб забезпечити захисні функції, заземлювачі повинні мати опір, який не перевищує певної величини .

Опір заземлюючого пристрою складається з опору заземлювача і опору заземлюючої мережі .

До опору заземлювача входить також опір переходу струму від заземлювача до прилеглої до неї землі, тобто опір контакта становить тільки незначну частину опору заземлювача, навіть наявність на стальному заземлювачі шару окису не впливає на опір розтіканню заземлювача в цілому. Опір заземлювача залежить від багатьох умов і перш за все від властивостей землі, в яку він заглиблений .

Величина опору заземлюючої мережі залежить не тільки від активної, а й реактивної складової. На величину реактивного опору впливає матеріал провідника, зокрема сталь; при збільшенні відстані між фазним і заземлюючим провідниками реактивна складова збільшується. Цей фактор повинен враховуватися при експлуатації електроустановок з заземленою нейтраллю напругою до 1000 В, а також при влаштуванні виносних заземлень. При постійному і змінному струмах розтікання в землі струмів замикання на землю проходить по – різному .

Постійний струм поширюється через досить значний поперечний переріз землі, так що опір її, за винятком ділянки, яка прилягає безпосередньо до заземлювачів і становить основну частину опору розтіканню, можна не враховувати. При змінному струмі його розподіл у землі значною мірою залежить від індуктивного опору кола лінія – землі.Відомо, що при цьому енергія магнітного поля, а внаслідок цього самоіндукція кола наближається до мінімуму, завдяки чому зворотній струм через землю концентрується у зоні проходження лінії вздовж її траси, поширюються при промисловій частоті на ширину і глибину приблизно 2 – 3 км.

Активний опір землі в цьому випадку залежить від довжини ділянки розтікання струму та частоти і не змінюється від опору землі.

3) Крокова напруга. Напруга дотику

Між кожними двома точками землі, які знаходяться у зоні розтікання струму замикання, існує певна різниця напруги. Тому людина, яка перебуває в межах цієї зони, зробивши крок, підлягає дії так званої крокової напруги, внаслідок чого струм проходить через тіло людини і замикається через ноги .

Величину крокової напруги в різних пунктах розтікання струму визначають за різницею між напругами точок землі або підлоги, які знаходяться одна від одної на відстані 0,8 м. При віддаленні людини від заземлювача крокова напруга зменшується .

Від крокової напруги небезпека збільшується, якщо людина опинилася в межах її дії і впала. В цьому випадку величина крокової напруги зростає, тому що струм проходить через усе тіло людини .

Ураження людини кроковою напругою може статися поблизу провода, який впав на землю. Найнебезпечніша вона 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 крокової напруги .

Другою величиною, яка характеризує ступінь небезпеки і виникає при однофазних замиканнях, є напруга, що діє на людину в колі однофазного замикання. Ця напруга залежить від суми і величини опорів кола. У кожному з цих опорів відбувається спад частини напруг, яка діє в колі замикання .

Та частина напруги, припадає на тіло людини в колі замикання, називається напругою дотику .

З точки зору безпеки для людини має значення тільки величина напруги дотику, а не повна напруга відносно землі .

Крім сили струму замикання і опору заземлюючого пристрою, напруга дотику залежить, як і крокова, від віддаленості заземлювача і від опору та стану поверхні, на якій стоїть людина .

При розрахунках крокової напруги і напруги дотику опір взуття не враховують, тому що воно може бути вологим, підбитим металевими цвяхами або його зовсім може не бути. Опір підлоги враховують, оскільки, знаходячись у колі замикання, він обмежує напругу дотику і струм через тіло людини. Малий опір підлоги особливо не безпечний при безпосередньому дотику до частин, які перебувають під напругою .

Якщо опір підлоги великий, допускається безпосереднє дотикання до частин, які перебувають під напругою, але таке дотикання повинне бути обмежене часом дії .

Значний досвід проведення захисних заходів дає можливість замість розрахунків вибирати певні величини опору заземлюючих пристроїв та параметри інших захисних засобів .

4) Вирівнювання потенціалів

Напругу дотику і струму через тіло людини можна значно зменшити, якщо вирівняти потенціал біля електрообладнання. Фактор вирівнювання потенціалів має вирішальне значення для поліпшення умов безпеки .

В електрообладнанні напругою до 1000 В вирівнюють потенціал шляхом влаштування заземлювачів, 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 менша відстань між окремими елементами заземлювача, тим краще вирівнюється потенціал землі на зайнятій ним площі при однофазних замиканнях і тим менше значення крокової напруги та напруги дотику. В електрообладнанні напругою 110 кВ і вище на краях заземлювача та за його межами може виникати крутий спад потенціалів і відповідно небезпечна крокова напруга. Щоб запобігти цьому, по краях заземлювача та за його межами, особливо при вході і виході, укладають додаткові з’єднані з основними заземлювачем стальні штаби, поступово збільшуючи глибину їх прокладання .

У промислових установках потенціали вирівнюють часто природнім шляхом завдяки наявності обладнання, розгалуженої мережі заземлення, зав’язаної з різноманітними металевими конструкціями, трубопроводами, кабелями і т. ін.

У сільському господарстві в корівниках та інших приміщеннях для тварин для зменшення напруги дотику закладають у бетонну підлогу стальний круглий дріт або штаби, з’єднані з металевими корпусом обладнання і трубопроводами. Так вирівнюють потенціали по поверхні підлоги, яка має низький опір, і між підлогою та корпусами обладнання, яке може виявитись під напругою через пошкодження ізоляції .

5) Захисні заходи в мережі з ізольованою нейтраллю

У електромережі з ізольованою нейтраллю сила струму, що проходить через тіло людини при доторканні до частин, які перебувають під напругою, або до корпуса з пошкодженою ізоляцією при обриві заземлення, залежить в основному від опору ізоляції мережі. При великому опорі ізоляції струм може мати дуже малу величину, і доторкання до частини, яка перебуває під напругою, може в деяких випадках не викликати ураження. Такі умови можливі лише в мережах малої довжини, які мають великий опір ізоляції і малу ємність проводів відносно землі .

В установках з ізольованою нейтраллю треба врахувати виникнення замикань на землю, які не вимикаються.Самі по собі однофазні замикання в цих мережах ураження не викликають. Проте за час їх усунення збільшується небезпека ураження при доторканні до струмоведучих частин і, крім того, не виключається можливість виникнення другого замикання на землю у другій фазі тієї ж мережі, чому сприяє збільшення напруги непошкоджених фаз тієї ж мережі, в √3 рази. При подвійних замиканнях на заземлених частинах може виникнути небезпечна напруга, в тому числі у мережах напругою до 1000 В. Такі випадки неодноразово спричиняли тяжкі ураження .

З точки зору безпеки має істотне значення вид подвійного замикання (на корпус чи безпосередньо на землю).

Якщо замикання виникло в двох точках електрообладнання, яке живиться від одного генератора або трансформатора і має загальні зв’язки (наприклад, через оболонки кабелів, трубопроводи, мережі заземлення), то подібні подвійні замикання перетворюються в короткі замикання і вимикаються захистом. Тому, де є можливість, слід зв’язувати мережі заземлення окремого обладнання через водопровід, оболонки кабелів тощо, а при їх відсутності і малих відстаней між обладнаннями – за допомогою спеціальних провідників. У промисловому електрообладнанні ці зв’язки майже завжди існують, а у непромисловому – немає, тому мережі з ізольованою нейтраллю мають істотний недолік .

Якщо одне із замикань виникло на корпус, а друге безпосередньо на землю, то в електрообладнанні напругою до 1000 В на корпусі, як правило, виявляється значно менша частина між фазної напруги, тому що контакт з землею має відносно високий опір. У мережах напругою понад 1000 В такі подвійні замикання викликають спрацювання захисту або одне з місць замикання через короткий час відгоряє, і замикання перетворюється в однофазне .

Замикання безпосередньо на землю проводів двох фаз при досить високих напругах призводить до їх вимикання. Якщо опір аварійного кола виявиться більшим, а струм замикання – недостатнім для спрацювання захисту, таке замикання може бути тривалим. У таких випадках здійснити будь – які заходи захисту, пов’язані з використанням заземлення, неможливо .

Та обставина, що однофазні замикання слід невідкладно усувати, дає можливість відмовитися від спеціальних заходів щодо подвійних замикань на землю .

Для своєчасного виявлення однофазних замикань і запобігання періоду їх у двофазні необхідно своєчасно контролювати стан ізоляції. Заземлюючі пристрої в мережах з ізольованою нейтраллю напругою до 1000 В відповідно до вимог правил влаштування електроустановок повинні мати опір, не вищий 4 Ом. При живленні від генератора чи трансформатора потужністю до 100 кВА або якщо сумарна потужність кількох генераторів чи трансформаторів не перевищує 100 кВА, опір заземлюючого пристрою не повинен перевищувати 10 Ом .

Величина опору 4 Ом встановлена тому, що в мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю значних струмів однофазного замикання в умовах нормального середовища не буває. Виходячи з цього, у практиці проектування мереж з ізольованою нейтраллю напругою до 1000 В прийнято розрахункову досить високу силу струму замикання на землю – 10 А. При І3 = 10 А одержимо таку напругу дотику :

Uд = к дI3R3 =к д •10•4 < 40В,

що навіть при к д = 1 не перевищує допустимої величини .

У електрообладнанні малої потужності, що має, як правило, короткі мережі, струми замикання на землю мають дуже малу величину. Таким чином, незважаючи не допустиме для цього обладнання, збільшення опору заземлюючого пристрою до 10 Ом напруга дотику буде мати при однофазних замиканнях дуже малі значення .

У мережах з ізольованою нейтраллю напругою понад 1000 В опір заземлюючого пристрою при проходженні розрахункового струму замикання на землю у будь – який час згідно з вимог правил влаштування електроустановок визначають за формулою :

Для поліпшення умов безпеки правил влаштування електроустановок обмежують максимальний опір заземлюючого пристрою в електрообладнанні без компресії ємність сил струму не більше 10 Ом .

В обладнанні з компенсацією ємнісних струмів заземлюючим пристрій розраховують сили струмів замикання на землю повинні бути прийняті для тієї із можливих в експлуатації схем мережі, при якій струм замикання на землю мають найбільшу величину. Для цього слід врахувати розміщення компенсуючого апарата .

З метою полегшення влаштування заземлення допускається приймати за розрахункову сили струму дії релейного захисту від між фазних замикань або номінальну силу струму плавких уставок запобіжників, якщо струм замикання на землю має величину не меншу, ніж 1,5 – кратний струм установки релейного захисту або 3 – кратний номінальний струм запобіжника .

6) Захисні заходи в мережі з глухозаземленою нейтраллю

У мережах з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В основним захисним засобом є занулення корпусів електрообладнання (рис. 69). В Україні це в основному стосується мереж напругою 380/220 В .

Наявність заземленої нейтралі створює безпеку шляхом вмикання аварійної ділянки.Цього досягають з’єднанням корпусів електроприймачів з заземленою нейтраллю трансформатора 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 цехах промислових підприємств з занулюючим провідником або мережею занулення зв’язані різні металеві частини і конструкції, які утворюють третє паралельне коло. Деяка частина струму проходить через нього. Проте вона не велика, тому що коло фазний провід – віддалені металеві частини має великий індуктивний опір. Короткочасно до вимикання захистом фазна напруга розподілиться між всіма опорами пропорціонально їх величині .

7) Заземлення опор та обладнання повітряних ліній

Заземлення опор повітряних лінії визначається вимогами безпеки і вимогами захисту від грозової перенапруги. Здійснюють його на основі таких положень .

У мережах напругою понад 1000 В заземлюють залізобетонні і металеві опори ліній напругою 35 кВ, ліній 3 – 20 кВ тільки у населених пунктах, ліній всіх типів і напруг, на яких встановлені пристрої грозозахисту або підвішений трос .

На дерев’яних опорах арматуру, стержні ізоляторів та інші металеві частини необхідно заземлювати тільки при наявності на них троса або пристроїв грозозахисту .

При заземленні опор бажано використати зв'язок з землею їх фундаментів або основ, тому що в вологих ґрунтах провідність залізобетонних фундаментів і основ досить стабільна .

В електрообладнанні напругою до 1000 В всі металеві і залізобетонні опори, оскільки вони завжди знаходяться в населених пунктах повинні бути заземлені або занулені .

Опір заземлюючих пристроїв цих опор в мережах з ізольованою нейтраллю повинен становити не більше 50 Ом. Занулення роблять, з’єднуючи з нульовим проводом стержні, траверси і гаки .

Якщо на опорі є відтяжки, то їх слід також заземлювати. Заземлення роблять безпосередньо на металевій опорі приєднанням відтяжки до неї або ж до арматури чи заземлюючих спусків при залізобетонних опорах. У мережах напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю відтяжки слід приєднувати до нульового провода .

8) Обладнання, яке підлягає заземленню або зануленню

Застосування захисних засобів є обов’язковим у всіх приміщеннях з підвищеною небезпекою і особливо небезпечних, а також в зовнішніх установах при номінальній напрузі мережі понад 42 В змінного струму і понад 110 В постійного. У виробничих приміщеннях є елементи підвищеної небезпеки: значна кількість металевих частин, верстатне та інше обладнання, трубопроводи, металеві оболонки кабелів, провідні підлоги тощо .

При напрузі 500 В і вище заземлення потрібно влаштовувати в усіх випадках .

Заземленню або зануленню підлягають всі металеві корпуси електрообладнання, які нормально не перебувають під напругою, але можуть опинитися внаслідок пошкодження ізоляції, а також труби електропроводки, металеві оболонки кабелів та ін.

Необхідно виконувати заземлення (занулення) в тих приміщеннях житлових будинків та громадських будівель, які належать до категорії виробничих і мають ознаки підвищеної небезпеки .

Кабелі та інші конструкції для прокладання проводів і кабелів слід заземлювати, як і всі інші конструкції, що можуть виявитися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції .

Мінімальні розміри стальних захисних провідників

Назва	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