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 .
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 .
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 д I3R3
=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
|
Зварні тонкостінні труби товщина стінок , мм
|
1,5
|
Не допускається
|
Бібліографічний список
1. М.В. Принц , В.М.
Цимбалістий Трансформатори монтаж, обслуговування та ремонт 181 с. 2007р.
2. О.Г. Шаповаленко , В.М.
Бондар Основи електричних вимірювань 317 с. 2002р.
3.О.С. Коваль Поради сільському
електрику 157 с. 1990р.
4.Л.В. Журавльова , В.М. Бондар
Електроматеріалознавство с. 307
5.М.В. Васильчук , Л.Е.
Винокуровіа , М.Я. Тесленко Основи охорони праці с.198
6.В.Є. Китаєв Електротехніка з
основами промислової електроніки с.134 - 205