Вопросы по электробезопасности

9.3 Вопросы по электробезопасности

Нормы и правила проектирования заземляющих устройств.

Заземляющие устройства в установках связи различают рабочие, рабоче-защитные, защитные, линейно-защитные и измерительные.

Рабочее заземляющее устройство предназначено для соединения с землей аппаратуры проводной связи и радиотехнических устройств для использования земли в качестве одного из проводов электрической цепи.

Защитным заземляющим устройством называют устройство, предназначенное для соединения с землей оборудования, которое нормально не находится под напряжением, но может оказаться под напряжением при повреждении изоляции токоведущих проводов. Защитные заземляющие устройства выравнивают потенциал металлических частей оборудования с потенциалом 'земли и тем самым обеспечивают защиту обслуживающего персонала и аппаратуры от возникновения на них опасной разности потенциалов по отношению к земле. К защитному заземлению подсоединяют один из полюсов батареи связи для защиты от переходных токов в случае нарушения изоляции проводки абонентских пар.

Рабоче-защитное устройство служит одновременно как рабочим, так и защитным заземляющим устройством.

Линейно-защитное заземляющее устройство обеспечивает заземление металлических оболочек кабеля и бронепокровов по трассе кабеля и на станциях, куда подходят кабельные линии, а также на воздушных линиях для заземления молниеотводов, тросов, металлических оболочек, брони кабеля и т. д. В ряде случаев допускается объединять защитное и линейно-защитное устройства. Такое заземляющее устройство называют объединенным защитным [23].

Измерительное заземляющее устройство предназначено для контрольных измерений сопротивлений рабочего, защитного и рабоче-защитного заземляющих устройств.

Нормы и правила проектирования заземляющих устройств.

В узле связи, АТС к рабоче-защитному или защитному заземляющему устройству при помощи заземляющих проводов кратчайшим путем должны быть (подключены: один из полюсов электропитающей установки связи (« + » или «—»); сигнальные цепи реле соединительных линий аналоговых АТС и МТС; цепи телеграфной аппаратуры, если земля используется в качестве одного из проводов электрической цепи; полюсы блоков дистанционного питания (ДП) стоек СДП-К-60п при питании НУП-ов по схеме «провод — земля»; контакты блокирующих устройств; металлические части стативного и коммутаторного оборудования и стоек ЛАЗов; экраны аппаратуры и кабелей; металлические оболочки кабелей; элементы схем защиты; молниеотводы; металлические части силового оборудования (щиты и панели для ввода и распределения переменного тока, щиты и шкафы питающей установки, щит автоматики и корпус дизель-генератора резервной электростанции) [24].

К защитному заземляющему устройству должны быть подключены: каркасы релейных стативов, секции табло пульта-манипулятора, пульта диспетчера; стенд для проверки блоков; металлические оболочки кабелей связи, элементы схем защиты, молниеотводы; кабель-росты, кабельные шкафы, конструкции для прокладки кабелей в подполье; каркасы аппаратуры станционной связи; заземляющая проводка станционной и подвижной радиосвязи; полюсы источников постоянного тока для устройств связи; металлические части силового оборудования (щит выключения питания, кожуха силовых трансформаторов ТС, каркасы панелей питающей установки, щит автоматики и корпус дизель-генератора резервной электростанции).

Кроме того, к защитному и рабоче-защитному заземлению в узлах связи должны быть присоединены металлические трубопроводы водопровода и центрального отопления, арматура зданий и другие металлические конструкции внутри здания, за исключением трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации, центрального отопления и бытового водопровода расположенных вне здания узла связи; провод нейтрали обмоток трансформаторов силовой трансформаторной подстанции и собственной резервной электростанции, питающей оборудование узла связи. При этом заземляющее устройство для трансформаторной подстанции может быть общим если трансформаторная подстанция расположена на территории узла связи. При совмещении в одном здании ОУП и АТС к рабоче-защитному или защитному заземляющему устройству подключают все устройства и цепи указанные выше.

Сопротивление заземляющих устройств узла связи должно соответствовать нормам для всех подключаемых устройств, в том числе для трансформаторной подстанции и резервной электростанции, питающих оборудование узла связи. Нормы сопротивления заземляющих устройств для ОП, ОУПов, НУПов приведены в таблице III.1 [24].

Нормируются и сопротивления заземляющих устройств для телефонных станций местной и междугородной связи, телеграфных станций.

Сооружение заземляющих устройств. Ввод и проводка заземления Конструкция заземляющих устройств.

Заземляющие устройства состоят из вертикальных заземлителей и соединяющих их горизонтальных полос (горизонтальных заземлителей). Вертикальные заземлители изготовляют из уголковой стали или из прутка диаметром от 12 до 20 мм. Вертикальные заземлители соединяют между собой при помощи сварки стальной полосой. При расположении заземлителей многорядными контурами последние соединяют между собой перемычками из такой же полосы [23].

Заземлители из прутка диаметром 12 мм и длиной до 10 м целесообразно погружать в землю перазрезными посредством ввертывания. Для ввертывания используют переносные вращательные станки, электрические сверлилки, электродрели с редукторной приставкой. Можно также применять двигатель от пилы «Дружба» и т. д. Для облегчения ввертывания конец прутка специальным образом видоизменяется. Заземлители из прутка диаметром 20 мм, длиной 10 и 15м делают из секций по 1,5—2,5 м. Для забивки используют вибромолот типа ВМ-2. Секции соединяют сваркой с помощью отрезка уголка. На верхний конец секции надевают съемный боек, предохраняющий при забивании торец секции от расплющивания.

Для уменьшения сопротивления заземляющих устройств при большом удельном сопротивлении грунта р производят обработку грунта поваренной солью, заполняют котлован грунтом-заполнителем или делают выносные заземления.

При обработке грунта поваренной солью в месте забивки электрода вырывают котлован глубиной 2,7 м, диаметром 0,8—1,0м или сечением 1x1 м². В котлован укладывают поочередно толстые слои грунта и более тонкие поваренной соли. Слои смачивают водой и утрамбовывают. Расход соли принят 50 кг на электрод. В качестве грунта-заполнителя могут быть применены глина, торф, чернозем, суглинок, шлак и т, д. Обрабатывают солью только пространство, окружающее вертикальный электрод, но не траншеи для соединительной полосы. Так как соль со временем вымывается, то срок действия обработки грунта ограничен и через 2-4 года ее приходится повторять [23].

Котлованы с грунтом-заполнителем делают диаметром 2 м и глубиной, равной длине вертикального заземлителя. В качестве грунта-заполнителя может быть применен любой грунт, имеющий удельное сопротивление в 5-10 раз меньше удельного сопротивления основного грунта. Например, если заземление устраивают в песчаном или каменистом грунте, то заполнителями могут быть глина, торф, чернозем, суглинок, кокс, шлак и т. п.

В скальных и других грунтах, где рытье отдельных котлованов невозможно, следует при помощи взрывных работ сделать один общий котлован для всего контура заземления. Размеры котлована зависят от количества заземлителей.

При устройстве заземлений в тяжелых грунтах с грунтом-заполнителем Ррасч определяется по формуле:

Ррасч =р/К (9.1)

где К - коэффициент вертикальных заземлителей.

Значение коэффициента к для вертикальных заземлителей из угловой стали 50х50x5 длиной 2,5 м при размещении их в котлованах диаметром 2 и 4 м приведено в таблице III.3 [24].

Выносные заземления устраивают в местах с грунтом, имеющим значительно меньшее удельное сопротивление, чем в месте нахождения объекта, например в водоемах (прудах, озерах, реках), не промерзающих до дна.

Сопротивление соединительной линии (кабельной или воздушной) для выносных заземлений не должно превышать 10 % номинального сопротивления заземления. Для подземной соединительной линии рекомендуется одножильный кабель марки АВВБ. Сопротивление алюминиевой жилы такого кабеля 30 Ом-мм²/км.

Для воздушной подвески рекомендуется стале-алюминиевый провод марки АС, сопротивление которого 32 Ом-мм²/км.

При выборе конструкций заземляющих устройств рекомендуется применять устройство заземлений, из прутковых вертикальных заземлителей диаметром 12 мм, длиной 5м. В стесненных территориальных условиях, а также в местах с удельным сопротивлением грунтов р выше 300 Ом-м, кроме скальных грунтов и районов вечной мерзлоты, выполняют устройство заземлений из прутковых вертикальных заземлителей длиной 10 или 15 м. Длину прутковых заземлителей определяют в зависимости от нахождения грунтовых вод. Длина заземлителя должна быть выбрана таким образом, чтобы нижний конец его находился ниже на 0,5 м нижнего уровня грунтовых вод. В этом случае удельное сопротивление грунтов, определенное по таблицам в зависимости от геологических данных, уменьшают в 2,5 раза [24].

В скальных грунтах рекомендуется применять уголковые вертикальные заземлители длиной 2,5 м, помещаемые в котлованы с грунтом-заполнителем или выносные заземления.

Заземляющие устройства различного назначения на площадке технического здания размещают исходя из условий их удобного расположения на местности и исключения взаимного влияния между ними.

Рекомендуется основное заземляющее устройство располагать по периметру здания и выполнять его одновременно со строительными работами по установке фундаментов до засыпки котлованов. При расположении заземляющих устройств на прилегающих к служебным объектам площадках вертикальные заземлители могут быть расположены в ряд, по контуру или в виде многорядных контуров. Расположение заземлителей в ряд является преимущественным, так как при таком расположении коэффициент использования заземлителей лучше, чем при расположении их по контуру. Расстояние между отдельными неизолированными частями разных заземляющих устройств на участке до ввода в здание не должно быть менее 20 м [24].

Внутренняя проводка заземления.

Для заземления стативов, стоек и других металлоконструкций АТС, УАК, МЦК (АМТС) , станции ПД необходима прокладка от щитка трех земель или от общей шины в выпрямительной неизолированной стальной нетоковедущей шины из полосовой стали сечением 4x25 мм. Вдоль рядов аппаратуры прокладывают рядовые шины из стальной ленты сечением 4х16 мм, а отводы к аппаратуре выполняют кабелем АПВ 4.

Последовательное включение в заземляющую цепь каркасов или иных металлоконструкций не допускается. Все соединения стальных шин между собой выполняют при помощи сварки. В технологических помещениях шинная проводка проходит по кабель-ростам.

Для заземления каркасов, аппаратуры, питаемой от сети переменного тока, используют третью жилу питающей проводки, которую подключают к нулевой фазе в выпрямительной на щите ввода переменного тока.

Заземляющие шины прокладывают открыто: в сухих помещениях - непосредственно по стенам, в котельной - на расстоянии от стен не менее 10 мм, в аппаратной - в каналах под съемными щитами, в коридорах - по стенам ниже подшивного потолка. В релейной заземляющую шину прокладывают по стене на высоте 2,7-3,0 м от пола. У каждого ряда по шине по количеству стативов в ряду приваривают болты МВх40 с шагом 60 мм.

Открыто проложенные заземляющие проводники должны быть окрашены в черный цвет. Допускается окраска открытых заземляющих проводников в иные цвета в соответствии с оформлением помещения, но при этом они должны иметь в местах присоединений и ответвлений не менее чем две полосы черного цвета на расстоянии 150 мм друг от друга.

Для заземления каркасов однофазных электроприемников используют третью жилу питающей проводки. Заземление светильников 220 В выполняют присоединением арматуры к нулевому проводу групповой сети непосредственно в светильнике, а в помещениях аккумуляторной, кислотной и шлюзе заземление светильников выполняют отдельной жилой (третьей) в питающем кабеле [23].

При расчете сопротивления заземляющих устройств из прутковых, трубчатых и уголковых стальных заземлителей число электродов заземлений зависит от заданных нормативных R_н значений сопротивления заземлений и удельного сопротивления грунта р.

Удельное сопротивление грунта определяют измерением в месте устройства заземления с учетом повышающих коэффициентов на высыхание и промерзание грунта.

При расчете заземляющих устройств необходимо учитывать значения удельного сопротивления различных грунтов при положительной температуре и влажности 10—20 % [23].

В расчетах при определении удельного сопротивления грунта следует вводить поправочный коэффициент 1,75, принимаемый, одинаковым для всей территории СНГ, в том числе в нашей Республике. Этот коэффициент учитывается при расчете сопротивления вертикальных уголковых заземлителей k₁ длиной 2,5 м и горизонтальной соединительной полосы k₂ [23].

Сопротивление вертикального заземлителя определяется:

 (9.2)

где k₁ – поправочный коэффициент; р – удельное сопротивление грунта, Ом*м; l – длина заземлителя, м; d – внешний диаметр трубы или прутка, м (для заземлителя, выполненного из уголка, d = 0,95b, где b ширина стороны уголка, м); h – расстояние от поверхности земли до верхнего конца вертикального заземлителя, м.

Сопротивление группы вертикальных заземлителей, расположенных в ряд  или по контуру:

 (9.3)

где  - коэффициенты использования вертикальных заземлителей, расположенных соответственно в ряд или по контуру; n – количество вертикальных заземлителей.

Сoпpoтивление горизонтального заземлителя в виде вытянутой металлической полосы:

 (9.4)

где р – удельное сопротивление грунта, Ом*м; l₁ – длина заземлителя, м; k₂ – поправочный коэффициент; b – ширина полосы, м; h – глубина прокладки полосы, м.

Сопротивление горизонтальных заземлителей в ряду из вертикальных  и в контуре из вертикальных  ,где , - коэффициенты использования горизонтальных заземлителей соответственно в ряду и в контуре из вертикальных [24].

Полное сопротивление R_об вертикальных заземлителей, соединенных с помощью горизонтальных:

 (9.5)

Количество вертикальных заземлителей, необходимое для оборудования заземляющего устройства с требуемым сопротивлением, приведено в таблице III.7.[25]

В рассматриваемом помещений АТС-23 г. Кокшетау применяется контурный тип заземления (заземлители располагаются по контуру вокруг здания.) Здание имеет следующие размеры: длинна – 25,0 м, ширина – 14 м.

При вводе к эксплуатаций нового оборудования телекоммуникаций необходимо измерение R_з заземления на соответствие с нормированным значением. С измерением R_з занимается специальный уполномоченный орган. Организация телекоммуникаций при вводе новых оборудовании должны дать соответствующую заявку на уполномоченный орган. Этот орган дает технический паспорт о соответствии R_з. При не соответствии R_з выполняется специальные работы (измерения удельного сопротивления грунта, искусственное увеличение удельного сопротивления грунта, замена несоответствующих электродов, расчеты и т. д.) В данном дипломном проекте проводим проверочные расчеты соответствия R_з.

Контур в нашем случае состоит из вертикально расположеных электродов – стальных труб, длиной l_в = 3 м, диаметром d = 50 мм, соединенных горизонтальной полосой длиной равной периметру контура (с учетом 0,5 м с разных сторон):

L₂ = P_к = (А+В)·2+2 (9.6)

L₂ = P_к = (25,0+14,0)·2+2 = 80 м

В качестве горизонтального электрода применены стальная полоса с сечением 40´4 мм. Глубина заложения электродов в землю t₀ = 0,5м. Удельное сопротивление грунта P = 80 Ом·м. В качестве естественного заземлителя применяются железобетонная арматура сопротивлением R_C = 20 Ом.

Ток замыкания на землю I_З = 70 А.

Расчет производим по методу коэффициента использования.

Требуемое сопротивление растеканию заземлителя ПУЭ, [25]:

R_З = 125 / I_З,(9.7)

R_З = 125 /70 = 1,78 Ом

Требуемое сопротивление неестественного заземлителя:

R_ТР = (R_Е * R_З )/(R_Е – R_З), (9.8)

R_ТР = (20 * 1,78 )/(20 – 1,78) = 1,95 Ом

Число вертикальных электродов:

n_в = Р_к / а (9.9)

где а – расстояние между вертикальными заземлителями, применяется по

условию а/ l_в = 1;2;3, в нашем случае а=3 м.

Подставляя значения в формулу (9.9), получаем:

n_в = 80/ 3 = 28 шт

Определяем расчетное удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных электродов:

P_расч.в = k_C·P (9.10)

где k_C – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и высыхание грунта и зависящий от климатической зоны для Казахстана – k_C=1,4; k_C' = 2,5 [25].

Подставляя значения в формулу (9.10) получим:

P_расч.в. = 1,4·80 = 112 Ом·м

P_расч.г. = 2,5·80 = 200 Ом·м

Расчетное сопротивление растеканию электродов – вертикального R_в:

 (9.11)

горизонтального электрода R_г:

 (9.12)

Определим по таблице 3.2 и 3.3 коэффициенты использования вертикального и горизонтального электродов: ŋ_в=0,8; ŋ_г =0,75 [25].

Найдем сопротивление растеканию принятого группового заземлителя:

R_гр =(R_в *R_г)/( R_в*ŋ_г+ R_г*n_в*ŋ_в), (9.13)

R_гр =(17,4* 6,9)/(17,4*0,75 + 6,9*19*0,8) =1,01 Ом

Расхождение между требуемым и расчетным сопротивлением заземлителя равно:

ΔR = R_тр- R_гр = 1,95-1,01 = 0,94 Ом (9.14)

На рисунке 9.2 изображена схема расположения заземлителей. Расстояние между заземлителями а = 3 м, количество заземлителей n_в = 28 шт. В качестве заземляющих проводников принимаем полосовую сталь сечением 48 мм². Полученные расчетные значения соответствуют с существующими. Поэтому не требуется дополнительные мероприятия по обеспечению электробезопасности.