Схема соединений с двумя ТТ и одним реле,включенным на разность токов двух фаз.

В схеме вторичные обмотки ТТ, установленных в двух фазах, соединяются разноименными выводами. К трансформаторам тока реле присоединяется так, что по его обмотке проходит ток равный геометрической разности фазных токов.

 

Режим	Описание	Токи в фазах	Векторная диаграмма	Коэфициент схемы
Нормальный режим
Трехфазное КЗ
Двухфазное КЗ	При КЗ в разных фазах коэффициенты чувствительности разные.			При КЗ A-C При кз A-B C-B
Однофазное КЗ	При однофазном КЗ в фазе B ток в реле будет равным нулю.

Схема применяется для защиты от междуфазных КЗ, когда она обеспечивает необходимую чувствительность когда не требуется её действие за трансформатором с соединением обмоток Y/D – 11 группа. Схема защиты реагирует на все виды КЗ, за исключением замыкания на землю фазы, в которой трансформатор не установлен, поэтому применяется только для действия при многофазных повреждениях.

Ø Максимальная токовая защита.

Максимальная токовая защита срабатывает при увеличении тока защищаемого элемента сверх установленного тока срабатывания (уста-вки).
Рис. 8-1. Функциональная схема максимальной токовой защиты В—орган выдержки времени
Очевидно, что причиной увеличения тока в защищаемом элементе может быть не только к. з. на этом элементе, но и к. з. на каком-то отходящем элементе (внешнее к.з.). Увеличение тока может произойти и в результате внезапного подключения к защищаемому элементу дополнительной нагрузки, например в результате действия АВР или отключения параллельно работающего элемента. По принципу действия максимальная токовая защита реагирует на увеличение тока сверх ее уставки по току вне зависимости от причины, вызвавшей увеличение тока. Поэтому для предотвращения излишних (неселективных) срабатываний при внешних к. з. логическая часть защиты должна обязательно иметь орган выдержки времени, замедляющий ее действие на время, необходимое для срабатывания защиты поврежденного элемента. А для предотвращения излишних срабатываний при перегрузках измерительная часть защиты должна иметь ток срабатывания (уставку), больший, чем максимально возможный ток перегрузки (§ 8-4).
Измерительная часть максимальной токовой защиты состоит из двух или трех максимальных реле тока (условное обозначение Т> или />), включенных на токи фаз защищаемого элемента (рис. 8-1). Выходное действие реле тока осуществляется по схеме ИЛИ, т. е. защита может сработать при срабатывании одного, двух или трех токовых реле. В логической части обязательно имеется орган выдержки времени В. В защите есть сигнальный орган СО, а также может быть предусмотрен исполнительный орган ИО, распространяющий действие защиты на несколько коммутационных аппаратов (см, также рис, 4-3).
Достоинствами максимальной токовой защиты являются простота выполнения и обслуживания и, следовательно, малая стоимость. К недостаткам относятся: трудность отстройки от токов перегрузки; относительно медленное отключение к. з. (несколько секунд); невозможность селективной настройки в сетях с двусторонним питанием, а также на параллельно работающих трансформаторах и линиях [2 и 3]. Эти недостатки ограничивают применение максимальных токовых защит на линиях электропередачи 35 кВ и выше, но на понижающих трансформаторах практически любой мощности максимальная токовая защита по- прежнему устанавливается в обязательном порядке либо в качестве основной, либо вспомогательной (резервной) защиты [1].
На трансформаторах мощностью менее 1 MB-А максимальная токовая защита является основной защитой от токов, обусловленных к.з. в трансформаторе, поскольку на этих трансформаторах обычно не устанавливаются дифференциальная и газовая защиты, а токовая отсечка (если она устанавливается) защищает только часть трансформатора. Максимальная токовая защита, кроме того, является основной защитой шин низшего напряжения, а также резервной защитой для элементов сети низшего напряжения.
На трансформаторах мощностью 1 MB-А и более максимальная токовая защита предназначается для действия в качестве основной защиты при к. з. на шинах низшего и среднего напряжений и в качестве резервной — при к. з. на отходящих элементах сетей низшего и среднего напряжений. При этом предполагается, что на трансформаторе имеются дифференциальная и газовая защиты или одна из них. Надо напомнить, что максимальная токовая защита — значительно более грубая и медленнодействующая защита, чем дифференциальная и газовая, и поэтому не может быть для них полноценной заменой [1].
Максимальная токовая защита — единственная из всех типовых защит трансформаторов малой и средней мощности, которая осуществляет дальнее резервирование, т. е. защиту элементов сети низшего (среднего) напряжения в случае к. з. на каком-либо из элементов и отказе его собственной защиты или выключателя. Поэтому при выборе схемы и параметров срабатывания (уставок) максимальной токовой защиты трансформаторов необходимо учитывать требования дальнего резервирования.
На понижающих трансформаторах максимальная токовая защита всегда устанавливается со стороны основного питания* а на многообмоточных трансформаторах, кроме того, на сторонах низшего и среднего напряжений.

 

Ø Максимальная токовая отсечка.

Токовой отсечкой называется максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия, имеющая в большинстве случаев мгновенное действие.
В отличие от максимальной токовой защиты селективность действия токовой отсечки достигается не выдержкой времени, а ограничением зоны ее действия. Для этого ток срабатывания отсечки отстраивается не от тока нагрузки, а от тока к. з. при к. з. в конце защищаемой линии или в другой определенной точке, где отсечка не должна действовать.
Принцип действия отсечки основан на том, что величина тока к. з. убывает при удалении места к. з. от источника питания. При к. з. в начале линии у места установки защиты величина тока к. з. имеет наибольшее значение и по мере удаления места к. з. от источника питания постепенно уменьшается, поскольку увеличивается сопротивление до места к. з. Примерный характер изменения тока к. з. при удалении места к. з. от источника питания показан на рис. 7-23.

Ток срабатывания отсечки мгновенного действия выбирается так, чтобы она не работала при повреждениях на смежной линии или в трансформаторе питаемой подстанции. Для этого ток срабатывания должен быть больше максимального значения тока к. з. при к. з. на шинах противоположной подстанции,. т. е. в точке 5 на рис. 7-23

Ø Продольная дифференциальная защита.

Защита основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце линии. Для сравнения вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 7.17. По этим проводам постоянно циркулируют вторичные токи I 1 и I 2. Для выполнения дифференциальной защиты параллельно трансформаторам тока (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.
Ток в обмотке этого органа всегда будет равен геометрической сумме токов, приходящих от обоих трансформаторов тока: I Р = I 1 + I 2 Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2 одинаковы, то при нормальной работе, а также внешнем КЗ (точка K1 на рис. 7.17, а) вторичные токи равны по значению I 1 =I2 и направлены в ОТ встречно. Ток в обмотке ОТ I Р = I 1 + I 2 =0, и ОТ не приходит в действие. При КЗ в защищаемой зоне (точка К2 на рис. 7.17, б) вторичные токи в обмотке ОТ совпадут по фазе и, следовательно, будут суммироваться: I Р = I 1 + I 2. Если I Р > I сз, орган тока сработает и через выходной орган ВО подействует на отключение выключателей линии.
Таким образом, дифференциальная продольная защита с постоянно циркулирующими токами в обмотке органа тока реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне (участок линии, заключенный между трансформаторами тока ТА1 и ТА2), обеспечивая при этом мгновенное отключение поврежденной линии.
Практическое использование схем дифференциальных защит потребовало внесения ряда конструктивных элементов, обусловленных особенностями работы этих защит на линиях энергосистем.
Во-первых, для отключения протяженных линий с двух сторон оказалось необходимым подключение по дифференциальной схеме двух органов тока: одного на подстанции 1, другого на подстанции 2 (рис. 7.18). Подключение двух органов тока привело к неравномерному распределению вторичных токов между ними (токи распределялись обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты. Заметим также, что этот ток небаланса суммируется в ТО с током небаланса, вызванным несовпадением характеристик намагничивания и некоторой разницей в коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Для отстройки от токов небаланса в защите были применены не простые дифференциальные реле, а дифференциальные реле тока с торможением KAW, обладающие большей чувствительностью.
Во-вторых, соединительные провода при их значительной длине обладают сопротивлением, во много раз превышающим допустимое для трансформаторов тока сопротивление нагрузки. Для понижения нагрузки были применены специальные трансформаторы тока с коэффициентом трансформации n, с помощью которых был уменьшен в п раз ток, циркулирующий по проводам, и тем самым снижена в n2 раз нагрузка от соединительных проводов (значение нагрузки пропорционально квадрату тока). В защите эту функцию выполняют промежуточные трансформаторы тока TALT и изолирующие TAL. В схеме защиты изолирующие трансформаторы TAL служат еще и для отделения соединительных проводов от цепей реле и защиты цепей реле от высокого напряжения, наводимого в соединительных проводах во время прохождения по линии тока КЗ.

Рис. 7.17. Принцип выполнения продольной

дифференциальной защиты линии и прохождение тока в органе тока при внешнем КЗ ( а ) и при КЗ в защищаемой зоне ( б )

Рис. 7.18. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты линии:
ZA - фильтр токов прямой и обратной последовательностей; TALT - промежуточный трансформатор тока; TAL - изолирующий трансформатор; KAW - дифференциальное реле с торможением; Р - рабочая и T - тормозная обмотки реле

Ø Защита от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Сети с изолированной нейтралью - сети 3-35 кВ. Замыкание одной фазы на землю не является коротким замыканием. Рассмотрим замыкание фазы А на землю (рис.1.1). При рассмотрении однофазного замыкания на землю предположим, что ток нагрузки отсутствует (холостой ход).

При замыкании на землю фазы А напряжение между фазой А и землей во всей электрически связанной сети становится равным нулю. Напряжения между двумя другими фазами и землей становятся равными линейным напряжениям, то есть увеличиваются в корень из 3 раз по сравнению с нормальным режимом. Векторная диаграмма напряжений приведена на рис. 1.1.

При этом никаких токов не было бы, если бы отсутствовали емкости между фазами и землей. В нормальном режиме через емкости фаз относительно земли протекают фазные токи, величины которых меньше токов нагрузки и их можно просто не учитывать. Величины емкостных токов во всех трех фазах одинаковы:

I_Ф = U_Ф/Х_С.Ф = U_Ф*w·С_Ф

При однофазном замыкании на землю величины токов определяются только величиной напряжения сети и емкостями фаз относительно земли. Величины токов в неповрежденных фазах:

 

 

Через емкость фазы А ток не проходит, так как она зашунтирована замыканием. Величина тока в фазе А: I_А = -(I_В+I_С)

Векторная диаграмма токов и напряжений приведена на рис. 1.1.

Величина тока в фазе А:

 

Выводы:

1. Величина тока однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью определяется суммарной емкостью относительно земли одной фазы всей электрически связанной сети. Чем более разветвленная сеть, тем больше емкость фазы на землю, тем больше величина тока замыкания на землю.

2. Величина тока в поврежденной фазе в 3 раза превышает суммарный фазный емкостной ток всей электрически связанной сети в нормальном режиме.

Ø Требования ПУЭ по выполнению релейных защит трансформаторов.

3.2.51. Для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

2) однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

3) витковых замыканий в обмотках;

4) токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

5) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6) понижения уровня масла;

7) частичного пробоя изоляции вводов 500 кВ;

8) однофазных замыканий на землю в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности (см. 3.2.96).

Рекомендуется, кроме того, применение защиты от однофазных замыканий на землю на стороне 6-35 кВ автотрансформаторов с высшим напряжением 220 кВ и выше.

Функциональные схемы релейной защиты транс­форматоров 10 кВ. Релейная защита трансформато­ров может выполняться с помощью вторичных реле прямого или косвенного действия. Вторичными назы­ваются реле, включенные через измерительные транс­форматоры тока и напряжения.

Реле прямого действия выполняют функции изме­рительного органа тока (напряжения) и одновремен­но — электромагнита отключения выключателя (ЭО). В нашей стране выпускаются вторичные токовые реле прямого действия мгновенные (РТМ) и с выдержкой времени (РТВ). Они используются, для защиты пони­жающих трансформаторов с высшим напряжением 6 и 10 кВ, имеющих на стороне ВН выключатель.

 

Рис. 14. Функциональные схемы релейной защиты понижающего трансформатора с реле прямого (а) и косвенного (б) действия

В не­которых случаях с помощью реле прямого действия осуществляется защита трансформаторов 35 кВ, так­же при наличии выключателя на стороне ВН.

 

Ø Требования ПУЭ по выполнению РЗ электродвигателей

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) на двигателях напряжением выше 1000В должны устанавливаться следующие устройства релейной защиты:

· защита от междуфазных коротких замыканий;

· защита от замыканий на землю;

· защита от двойных замыканий на землю;

· защита от перегрузки.

Повреждения электродвигателей:

1. замыкания на землю

Защита от замыкания на землю устанавливается на них при токе замыкания более 10 А (Р<2000 Вт), при мощности более 2000 Вт и при токе замыкания на землю более 5 А. Защита действует на отключение.

междуфазные КЗ

В качестве защиты используют токовую отсечку или продольную дифференциальную защиту, действующую на отключение.

Защита от витковых замыканий на электродвигателях не устанавливается. Ликвидация повреждения этого вида осуществляется другими защитами электродвигателей, поскольку витковые замыкания в большинстве случаев сопровождаются замыканием на землю или переходят в междуфазные.

Электродвигатели напряжением до 500 В защищают от к. з. всех видов (в том числе и от однофазных) с помощью плавких предохранителей или быстродействующих автоматических выключателей [7].

Ненормальные режимы работы электродвигателей:

1) перегрузка током больше номинального;

2) неполнофазный режим;

3) самозапуск.

Защита электродвигателей от многофазных коротких замыканий

Основной защитой электродвигателей является защита от к. з. между фазами, и её установка обязательна во всех случаях.

В качестве защиты электродвигателей от к. з. применяется максимальная токовая защита мгновенного действия (токовая отсечка), отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска электродвигателей. При недостаточной чувствительности токовой отсечки на мощных электродвигателях 2000 кВт и больше, может применяться дифференциальная токовая защита. На электродвигателях мощностью более 5000 кВт установка дифференциальной защиты считается обязательной.

Электродвигатели напряжением 500 В и ниже, как правило, защищаются от к. з. плавкими предохранителями. Предохранители могут применяться и на электродвигателях более высокого напряжения, если только разрывной мощности предохранителей достаточно для разрыва тока короткого замыкания [1].

Токовая отсечка наиболее просто выполняется с помощью реле прямого действия, встроенного в привод выключателя.

Токовую отсечку двигателей до 2000 кВт следует выполнять, как правило, по более простой и дешевой однорелейной схеме (рисунок 5). Недостатком этой схемы является более низкая чувствительность, по сравнению с отсечкой на двух реле (рисунок 6, а).

Поэтому для повышения чувствительности токовую отсечку на электродвигателях мощностью 2000…5000 кВт выполняют по двухрелейной схеме. Также двухрелейную схему токовой отсечки следует применять на электродвигателях мощностью до 2000 кВт, если коэффициент чувствительности однорелейной схемы при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя менее 2.

Ток срабатывания токовой отсечки от междуфазных к. з. отстраивается от бросков тока, посылаемых электродвигателем в первый момент к. з. в сети, питающей двигатель, и от пускового тока электродвигателя при полном напряжении питающей сети [1].

Ток срабатывания отсечки выбирается из выражения:

,

где I_пуск – пусковой ток двигателя;

k_сх–коэффициент схемы;

k_н– коэффициент надежности;

k_в– коэффициент возврата;

k_тт– коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Пусковой ток – это ток необходимый для запуска электродвигателя, обычно превышающий номинальное значение тока (тока потребляемого при нормально-устойчивом режиме работы) в 3-8 раз. Указывается заводом изготовителем в виде табличных данных.

Коэффициентом схемы называют отношение тока, протекающего через обмотку реле и тока, протекающего через трансформатор тока. Для однорелейной схемы (рисунок 5) коэффициент схемы принимают равным . Для двухрелейной (рисунок 6, а) и трехрелейной схем (рисунок 6, б) коэффициент схемы принимают равным 1 [8].

Рисунок 5 – Однорелейная схема токовой отсечки

Коэффициентом надежности называют отношение величины тока в обмотках исполнительного реле к величине тока срабатывания реле. Он зависит от конструктивного исполнения схемы и указывается заводом изготовителем в виде табличных данных. Для реле РТ-40 равен 1,8; для реле РТ-82, РТ-84 и реле прямого действия равен 2.

Коэффициент возврата – это отношение тока возврата к току срабатывания. У большинства современных реле он находится в пределах 0,8-0,9.

Коэффициент трансформации трансформаторов тока определяется отношением первичного тока трансформатора ко вторичному.

 

 

Рисунок 6 – Схема токовой отсечки

а) двухрелейная схема защиты электродвигателя;

б) трехрелейная схема защиты электродвигателя.

На электродвигателях мощностью 5000 кВт и более устанавливается продольная дифференциальная защита. Эта защита выполняется в двухфазном или трехфазном исполнении. Ток срабатывания реле принимается 2×I_НОМ.

 

 

· Защита электродвигателей от замыканий одной фазы на землю

Защита электродвигателей до 2000 кВт от замыканий на землю считается нецелесообразной в связи с небольшой стоимостью маломощных электродвигателей и устанавливается лишь в том случае, если ток замыкания на землю превышает 10А.

На мощных двигателях от 2000 кВт защита от замыканий на землю устанавливается, если ток замыкания на землю превышает 5А. Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием трансформатора нулевой последовательности (рисунок 7).

 

Рисунок 7 – Схема защиты электродвигателей от замыканий на землю одной фазы

 

 

· Защита электродвигателей от перегрузки

Перегрузка электродвигателя возникает в следующих случаях:

а) при затянувшемся пуске или самозапуске;

б) по техническим причинам и перегрузке механизмов;

в) в результате обрыва одной фазы;

г) при повреждении механической части электродвигателяили механизма, вызывающем увеличение момента М_c и торможение электродвигателя.

Перегрузки бывают устойчивыми и кратковременными. Для электродвигателя опасны только устойчивые перегрузки.

Сверхтоки, обусловленные пуском или самозапуском электродвигателя, кратковременны и самоликвидируются при достижении нормальной частоты вращения. Эти токи могут представлять опасность, только если процесс развертывания электродвигателя затянется.

Значительное увеличение тока электродвигателя получается также при обрыве фазы, что встречается, например, у электродвигателей, защищаемых предохранителями, при перегорании одного из них. При номинальной загрузке в зависимости от параметров электродвигателя увеличение тока статора при обрыве фазы будет составлять примерно (1,6 ÷2,5) I_ном. Эта перегрузка носит устойчивый характер. Также устойчивый характер носят сверхтоки, обусловленные механическими повреждениями электродвигателя или вращаемого им механизма и перегрузкой механизма.

Основной опасностью сверхтоков для электродвигателя является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и в первую очередь обмоток. Повышение температуры ускоряет износ изоляции обмоток и снижает срок службы электродвигателя [7].

· Защита от перегрузки с тепловым реле

Защита с тепловым реле (рисунок 8) лучше других может обеспечивать характеристику, приближающуюся к перегрузочной характеристике электродвигателя, тепловые реле, которые реагируют на количество тепла Q_р, выделенного в сопротивлении его нагревательного элемента:

Тепло, выделяемое в тепловом реле, пропорционально теплу, выделяемому в электродвигателе, т. е. Q_р ≡Q_д

 

Рисунок 8 – Схема защиты от перегрузки с тепловым реле

Реле настраивается так, чтобы его уставка срабатывания соответствовала теплу, выделение которого в электродвигателе считается предельно допустимым.

Наиболее часто тепловые реле выполняются на принципе использования коэффициента линейного расширения различных металлов под влиянием нагревания. Основой такого теплового реле, является биметаллическая пластинка, состоящая из спаянных по всей поверхности металлов с сильно отличающимися коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластинка прогибается в сторону пластиныс меньшим коэффициентом расширения и освобождает защелку рычага, который, поворачиваясь, под действием пружины замыкает контакты реле. Нагревание пластинки осуществляется нагревательным элементом при прохождении по нему тока I.

Тепловые реле сложны в обслуживании и наладке, имеют различные характеристики отдельных экземпляров реле, часто не соответствуют тепловым характеристикам двигателей и имеют зависимость от температуры окружающей среды, что приводит к нарушению соответствия тепловых характеристик реле и электродвигателя. Поэтому тепловые реле следует применять лишь в тех случаях, когда более простые токовые реле не обеспечивают защиты двигателей [9].

· Защита от перегрузки с токовыми реле

Для защиты электродвигателей от перегрузки обычно применяются максимальные токовые защиты с использованием токовых реле с ограниченно зависимыми характеристиками выдержки времени или максимальные токовые защиты, выполненные комбинацией мгновенных токовых реле и реле времени.

Преимуществами токовых защит, по сравнению с тепловыми, являются более простая эксплуатация, более легкий подбор и регулировка характеристик защиты. Однако токовые защиты не позволяют использовать перегрузочные возможности электродвигателей из-за недостаточного времени действия их при малых кратностях тока. Для двигателей, не имеющих технологических перегрузок, этот недостаток не имеет значения[1, 10].

Защита от перегрузки выполняется одним токовым реле, включенным на один из фазных токов (рисунок 9, а), или по двухфазной однорелейной схеме, когда по этой же схеме выполнена защита от междуфазных к. з. (рисунок 9, б).

 

а) однофазная однорелейная схема защиты от перегрузки

б) двухфазная однорелейная схема защиты от перегрузки

 

 

Ø Общий характер растекания тока в земле. Напряжение шага и прикосновения.

Замыкание на землю может произойти из-за контакта ме­жду токоведущими частями и заземленным корпусом при по­вреждении электрической изоляции оборудования, падении на землю оборванного провода и др. В этих случаях ток сте­кает в землю через электрод, который контактирует с грун­том. Металлический проводник (электрод), погруженный в грунт, называется заземлителем.

Ток, стекая с заземлителя в землю, распределяется по значительному ее объему. Пространство вокруг заземлителя, где потенциалы не равны нулю, называется полем растекания тока. Если человек находится в поле растекания тока, то ток проходит через его ноги.

Напряжение между двумя точками электрической цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется напряжени­ем шага или шаговым напряжением.

Закон распределения потенциалов в электрическом поле заземлителя описывается сложной зависимостью, определяе­мой размерами, формой заземлителя и электрическими свой­ствами грунта.

Для выявления закона распределения потенциалов грун­та в поле растекания тока сделаем следующее допущение: ток I _З стекает в землю через одиночный полусферический заземлитель радиуса r ₀ погруженный в однородный изо­тропный грунт с удельным электрическим сопротивлением r (рис. 1).

Линии растекающегося тока направлены по радиусам от заземлителя, как от центра, а сечения земли как проводника представляют собой полусферы с радиусами r < r ₁< r ₂<...< r _n.

Рис. 1 Растекание тока в грунте с полусферического

заземлителя

Поверхности этих сечений соответственно равны:

.

Ток распределяется по этим поверхностям равномерно, так как грунт однородный и изотропный. Плотность тока d на поверхности грунта в точке А, находящейся на расстоя­нии x от центра заземлителя, определяется как отношение то­ка замыкания на землю I _З к площади поверхности полусфе­ры радиусом х:

(1)

Для определения потенциала точки А, лежащей на по­верхности радиусом X. выделим элементарный слой толщи­ной dx (см. рис. 1). Падение напряжения в этом слое:

dU=Edx, (2)

где Е = dr – напряженность электрического поля.

Потенциал точки А или напряжение этой точки относи­тельно земли равен суммарному падению напряжения от точки А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенци­алом:

(3)

Подставив в выражение (3) соответствующие значения из выражений (1) и (2), а также значение Е. получим

(4)

Проинтегрировав выражение (4) по х, получаем выражение для потенциала точки А, или напряжения этой точки отно­сительно земли, в следующем виде:

(5)

Так как , то (5) принимает вид:

Из полученного выражения видно, что по мере удаления от заземлителя потенциал точек снижается, и имеет место ги­перболическая зависимость потенциала точки от расстояния (рис. 2).

Рис. 2 Кривые распределения потенциалов полусферического заземлителя

Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения - это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Одной из этих точек чаще все­го бывает корпус электроустановки, на который может произойти замыкание одного из фазных проводов сети. Второй - земля (токопроводящий пол), на которой стоит человек.

В случае, когда электроустановка питается от сети с глухозаземленной нейтралью, на корпусах зануленных электроустановок может появиться на­пряжение и при замыкании фазы на землю [1].

Величина напряжения прикосновения зависит:

· от наличия связи между корпусом и землей, например, через железобетонный фундамент или заземляющее устройство;

· от места расположения заземлителя относительно корпуса электроустановки;

· от режима нейтрали источника питания;

· от вида заземления.

Снизить величину напряжения прикосновения можно, заземлив корпус электроустановки.

Защитное заземление является основной защитной мерой в электроуста­новках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в электроуста­новках выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Ø Требования ПУЭ по заземлению.

1.7.49. Токоведущие части электроустановки не должны быть доступны для случайного прикосновения, а доступные прикосновению открытые и сторонние проводящие части не должны находиться под напряжением, представляющим опасность поражения электрическим током как в нормальном режиме работы электроустановки, так и при повреждении изоляции.

1.7.50. Для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:

· основная изоляция токоведущих частей;

· ограждения и оболочки;

· установка барьеров;

· размещение вне зоны досягаемости;

· применение сверхнизкого (малого) напряжения.

Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ, при наличии требований других глав ПУЭ, следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА.

1.7.51. Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

· защитное заземление;

· автоматическое отключение питания;

· уравнивание потенциалов;

· выравнивание потенциалов;

· двойная или усиленная изоляция;

· сверхнизкое (малое) напряжение;

· защитное электрическое разделение цепей;

· изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

1.7.52. Меры защиты от поражения электрическим током должны быть предусмотрены в электроустановке или ее части либо применены к отдельным электроприемникам и могут быть реализованы при изготовлении электрооборудования, либо в процессе монтажа электроустановки, либо в обоих случаях.

Применение двух и более мер защиты в электроустановке не должно оказывать взаимного влияния, снижающего эффективность каждой из них.

1.7.53. Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

Защита от прямого прикосновения не требуется, если электрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов, а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока во всех случаях.

Примечание. Здесь и далее в главе напряжение переменного тока означает среднеквадратичное значение напряжения переменного тока; напряжение постоянного тока - напряжение постоянного или выпрямленного тока с содержанием пульсаций не более 10% от среднеквадратичного значения.

1.7.54. Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители. Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ не обязательно. Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих устройств не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

1.7.55. Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство.

Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т.д. в течение всего периода эксплуатации.

В первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению.

Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими.

При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для рабочего заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к