-
Расчет сопротивления заземления нейтрали
Сопротивление
заземления нейтрали источника тока
,
Ом, должно быть
таким, чтобы в случае замыкания какой-либо
фазы на землю через сопротивление
rзм,
Ом (см. рисунок 3.2,6), напряжение, под
которым окажется человек,
прикоснувшийся к зануленному корпусу
или к нулевому защитному проводнику
непосредственно, не превышало некоторого
допустимого напряжения прикосновения
т.е:
,
где UK
= I3r0—
напряжение зануленного корпуса (нулевого
защитного проводника) относительно
земли. В; I3
— ток замыкания на землю, А;
и
—
коэффициенты напряжения прикосновения.
Этот случай необходимо рассматривать
при следующих наиболее тяжелых,
но вполне реальных условиях: человек,
касаясь зануленного корпуса, находится
за пределами зоны растекания тока
замыкания на землю, т. е.
;
сопротивление растеканию ног человека
незначительно по сравнению
с сопротивлением тела человека Rh,
и им можно
пренебречь, т. е.
;
в сети отсутствуют повторные заземления
нулевого защитного проводника (см.
рисунок 3.2,б).Тогда:
,
.
(3.10)
По условиям
безопасности прикосновения к зануленным
корпусам в период
существования замыкания фазы на землю
rзм
и
UПР,ДОП
должны быть
возможно меньшего значения. Поэтому
принимаем rзм
= 20Ом; меньше значения мало
вероятны.
Поскольку
при замыкании фазы на землю сеть от
источники питания автоматически,
как правило, не отключится и зануленные
корпуса будут длительное
время находиться под напряжением
UK(до
устранения повреждения
или отключения вручную сети либо
поврежденной фазы от источника
питания), принимаем
длительно допустимое напряжение
прикосновения UПР,ДОП
= 36 В.
При этих условиях по (3.10) получим
наибольшие допустимые значения
сопротивлений заземления нейтрали
Ом
для сети 220/127 В, 3,9 Ом для сети 380/220 В, 2,1
Ом для сети 660/380 В.
Надо иметь в виду, что эти предельные
значения сопротивления заземления
нейтрали должны выдерживаться, когда
в схеме зануления отсутствуют
повторные заземления нулевого защитного
проводника. При наличии повторных
заземлений такими сопротивлениями
должны обладать все вместе взятые
заземления — заземление нейтрали и
повторные заземления, поскольку они
включены параллельно.
Согласно требованиям ПУЭ общее
сопротивление заземления нейтрали
источника тока (генератора, трансформатора)
и всех повторных заземлений
нулевого провода отходящих воздушных
линий электропередачи в любое время
года должно быть не более 8, 4 и 2 Ом
соответственно при линейных
напряжениях 220, 380 и 660 В источника
трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника
однофазного, тока.
При этом сопротивление заземления
нейтрали, а точнее говоря, сопротивление
заземлителя, расположенного в
непосредственной близости от источника
тока, к которому присоединяется нейтраль
источника, должно быть не более 60, 30 и
15 Ом соответственно при линейных
напряжениях 220, 380
и 660 В источника трехфазного тока или
127, 220 и 380 источника однофазного
тока.
Эти требования ПУЭ относятся к случаям,
когда от источника питания отходят
две или более воздушные линии, несущие
наряду с фазными нулевой провод.
Если же отходящих воздушных линий нет
или отходит всего одна линия, то независимо
от количества на ней повторных заземлителей
нулевого провода их сопротивления
не учитываются и сопротивление заземления
нейтрали источника тока (т. е. сопротивление
заземлителя, расположенного в
непосредственной близости от источника
тока, должно быть не более 8, 4 и 2 Ом
соответственно при линейных напряжениях
220, 380 и 660 В источника
трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника
однофазного тока.
При удельном электрическом сопротивлении
земли ρ превышающем
100 Ом м, ПУЭ разрешают увеличивать
указанные сопротивления до
,
но не более чем в 10 раз.
в) Расчет сопротивления
повторного заземления нулевого защитного
проводника.
При замыкании фазы на зануленный корпус
(рисунок 3.3) нулевой защитный
проводник на участке за ближайшим к
месту замыкания повторным
заземлением (т. е. за точкой А на рисунок
3.3), а также зануленное оборудование,
присоединенное к этому участку проводника,
оказываются под
некоторым напряжением относительно
земли
.
Наибольшее
значение этого напряжения В.
(3.11)
где
I3—
часть тока однофазного короткого
замыкания, стекающего в землю через
повторные заземления нулевого защитного
проводника, А; п — количество повторных
заземлении нулевого защитного проводника;
—
сопротивление одного повторного
заземления пулевого защитного проводника
(принимаем, что все повторные заземлители
обладают одинаковыми сопротивлениями),
Ом.
Это напряжение существует до момента
отключения защитой поврежденной
установки, т. е. кратковременно. Однако
значение
может быть
достаточно большим и представляет
опасность для людей даже при кратковременном
его существовании. Кроме того, при отказе
или задержке защиты (из-за не исправности
автоматического выключателя, завышенных
установок, а также при несоответствующих
плавких вставка предохранителей
и т. п.) это напряжение может существовать
длительно. В целях устранения
возникающей при этом опасности поражения
людей током необходимо,
чтобы
не превышало
допустимого значения напряжения
прикосновения
UПР,ДОП,
В. Это условие будет выполнено при
определенном значении
гп
от которого зависит также неизвестны»
ток I3(3.11).
Pис. 3.3 — К расчету
сопротивления повторного заземления
нулевого защитного проводника: а —
замыкание фазы на корпус; б — схема
замыкания
Найдем это значение
rп.
Ом. Для схемы замещение (рисунок 3.3,б)
можно написать:
.
Откуда
(3.12)
где Iн
— часть тока однофазного короткого
замыкания, проходящего по нулевому
защитному проводнику от места замыкания
фазы на корпус
до нейтральной точки источника тока,
A; zH3
— полное сопротивление участка
нулевого защитного проводника, по
которому проходит ток IН
, Ом.
Это сопротивлениенаходим по формуле
,
(3.13)
где RН.Э
и ХНЗ
—
активное и внутреннее индуктивное
сопротивления нулевого
защитного проводника, Ом; ХП
внешнее
индуктивное сопротивление петли
фаза — нуль, Ом.
Допуская некоторую ошибку, которая в
итоге повышает безопасность,
принимаем IН=IК.
Тогда искомое
сопротивление каждого повторного
заземления нулевого защитного
проводника
(3.14)
В простейшем случае, когда ХНЗ
= ХП
= 0, и с учетом
того, что IкzH3=2UФ/3,
уравнение (3.14) примет вид
(3.15)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Содержание:
Трехфазные несимметричные цепи:
Трехфазная цепь несимметрична, если комплексы сопротивлений ее фаз неодинаковы.
Несимметричной может быть действующая в цепи система э. д. с. (не равны модули э. д. с. или фазовые сдвиги между каждой парой э. д. с.). .
Для расчета несимметричной цепи применяются различные методы в зависимости от ее схемы и вида несимметрии.
Расчет несимметричной трехфазной цепи при соединении источника и приемника звездой
На схеме (см. рис. 20.4) видно, что при соединении звездой трехфазная система представляет собой электрическую цепь с двумя узлами — нейтральными точками N и N’. Наиболее удобным методом расчета в данном случае является метод узлового напряжения.
Определение токов
Рассмотрим сначала общий случай расчета цепи с нулевым проводом, сопротивление которого ZN. При этом сделаем некоторые упрощения: сопротивления линейных проводов и фаз источников будем полагать равными нулю. Если указанные сопротивления нельзя считать равными нулю, их можно отнести к приемнику, прибавив к сопротивлениям последнего по правилам сложения комплексов.
При таком упрощении потенциалы линейных зажимов источника и приемника (например, точек А и А’) можно считать одинаковыми.
Напряжение между нулевыми точками N и N’, или узловое напряжение
Смещение нейтрали
На рис. 21.1 изображена топографическая диаграмма цепи рис. 20.4, а при несимметричной нагрузке.
При наличии сопротивления в нулевом проводе (
) нулевая точка приемника на топографической диаграмме не совпадает с нулевой точкой источника. Поэтому напряжение UN называют напряжением смещения нейтрали. Вследствие смещения нейтрали напряжения на фазах приемника оказываются неодинаковыми, несмотря на симметрию фазных напряжений источника (см. решение задачи 21.3).
Рис. 21.1. Топографическая диаграмма при несимметричной нагрузке (соединение звездой)
Из формулы (21.1) видно, что симметрия фазных напряжений на нагрузке, когда UN = 0, достигается в двух частных случаях.
1. При симметричной нагрузке, когда комплексы проводимостей фаз равны: 
. В этом случае в числителе проводимость 
можно вынести за скобку, внутри которой складывается три вектора э. д. с. источника, равных по величине и сдвинутых по фазе на 120°; эта сумма равна нулю (см. рис. 20.8, б) и UN = 0. Поэтому ток в нулевом проводе равен нулю [см. формулу (21.4)] и необходимость в этом проводе отпадает, а электроснабжение симметричных приемников осуществляется по трехпроводной системе.
2. В четырехпроводной системе, когда сопротивление нулевого провода равно нулю (YN = ∞.)
Роль нулевого провода
Нулевой провод является уравнительным. Потенциалы нейтрали источника и приемника с помощью этого провода принудительно уравнены, а поэтому звезда векторов фазных напряжений приемника точно совпадает со звездой фазных напряжений источника.
Четырехпроводная система применяется в электрических сетях с напряжением 380/220 В при электроснабжении от общего источника силовой (электродвигатели) и осветительной (электролампы) нагрузки.
При несимметричной нагрузке обрыв нулевого провода (
) вызывает значительное изменение токов и фазных напряжений, что в большинстве случаев недопустимо. Поэтому в нулевой провод предохранители не устанавливаются.
Определение мощности
При несимметричной нагрузке нужно определить мощность каждой фазы. Например, для фазы А:
Аналогично определяются мощности других фаз.
Активная мощность всей трехфазной цепи равна сумме мощностей фаз:
Реактивная мощность цепи равна алгебраической сумме реактивных мощностей фаз:
В этой сумме реактивная мощность катушки считается положительной, а реактивная мощность конденсатора — отрицательной.
Задача 21.1.
При соединении звездой с нулевым проводом определить фазные напряжения и токи в приемнике энергии, сопротивления которого заданы комплексами:
Действующая величина симметричной трехфазной системы э. д. с. 220 В. Сопротивление нулевого провода 
Построить векторную диаграмму.
Сопротивлениями линейных проводов и внутренними сопротивлениями источника э. д. с. пренебречь.
Решение. Схема, соответствующая условию задачи, показана на рис. 21.2, а.
Проводимости ветвей между узловыми точками NN’:
Рис. 21.2. К задаче 21.1
Комплексы э. д. с. источника:
Узловое напряжение
Фазные напряжения приемника:
Токи в фазах и нулевом проводе:
Векторная диаграмма напряжений и токов показана на рис. 21.2, б.
Задача 21.3.
Электрические лампы включены звездой в трехфазную сеть с линейным напряжением 380 В. В каждую фазу включены по 50 ламп с номинальной мощностью 60 Вт каждая, номинальным напряжением 220 В. Как изменяются фазные напряжения и токи при изменении нагрузки одной фазы от холостого хода до короткого замыкания при обрыве нулевого провода?
В каждом выбранном случае нагрузки построить векторную диаграмму, определить мощность всей трехфазной цепи.
Решение. Условию задачи соответствует схема рис. 21.3, а, на которой группа ламп в каждой фазе условно показана двумя лампами.
Оставляя постоянным число ламп в фазах В и С, будем менять его в фазе А. Подсчеты по условию задачи выполним для таких нагрузок в фазе А: 50, 25, 100 ламп, короткое замыкание, холостой ход.
1. При включении в каждую фазу по 50 одинаковых ламп нагрузка симметрична. Поэтому фазные напряжения на нагрузке равны фазным напряжениям в сети:
Напряжение на лампах равно номинальному. В этом случае лампы работают с номинальной мощностью.
Это даёт право определить фазные токи по заданной мощности ламп:
При соединении звездой IФ = IЛ, поэтому Iл = 13,6 А. Общая мощность трехфазной цепи
Р = ЗРФ = 3 • 60 • 50 = 9000 Вт.
2. В фазе А включено 25 ламп.
При несимметричной нагрузке напряжения на лампах отличаются от фазных напряжений в сети. Поэтому определить токи по заданной мощности ламп нельзя, так как действительная мощность ламп и фазные напряжения их неизвестны. При решении задачи будем считать, что сопротивление ламп в накаленном состоянии нити практически не меняется при некотором изменении их мощности.
Сопротивление лампы в номинальном режиме
Сопротивление фаз В и С при включении 50 ламп
Сопротивление фазы А
Комплексы фазных напряжений в сети:
Проводимости ветвей:
Смещение нейтрали
Напряжения фаз:
Токи в фазах:
Мощность всех ламп в фазах:
Мощность одной лампы:
Общая мощность в трехфазной системе
Векторная диаграмма напряжений для различной нагрузки фазы А показана на рис. 21.3, д.
Положение нулевой точки на диаграмме соответствует такой нагрузке фазы А: 1 — симметричная нагрузка (во всех фазах по 50 ламп); 2 — в фазе А 25 ламп; 3 — фаза А разомкнута (холостой ход); 4 — в фазе А 100 ламп; 5 — в фазе А короткое замыкание.
Выполните расчет трехфазной цепи для случаев нагрузки 3, 4, 5 подобно приведенному расчету для случая нагрузки 2, проверьте соответствие результатов расчета векторной диаграмме рис. 21.3, д.
Как видно, нулевая точка нагрузки при изменении проводимости фазы А перемещается на прямой АD, которая является перпендикуляром, опущенным из точки А к вектору линейного напряжения UBC. При холостом ходе фазы А (обрыв линейного провода в этой фазе) нулевая точка перемещается в точку D и напряжения на двух других фазах UB и UC по величине оказываются равными половине линейного напряжения UBC (рис. 21.3, б).
Рис. 21.3. К задаче 21.3
То же следует из схемы рис. 21.3, в. В рассматриваемом случае сопротивления фаз В и С оказываются включенными последовательно на линейное напряжение UBC.
Сопротивления эти равны, поэтому линейное напряжение делится между двумя фазами поровну.
При коротком замыкании фазы А линейный провод этой фазы подводится непосредственно к нулевой точке нагрузки (рис. 21.3, г). Поэтому лампы, включенные в фазы В и С, оказываются под линейным напряжением.
Расчет несимметричной трехфазной цепи при соединении треугольником
Трехфазная цепь при соединении приемника треугольником и любой схеме соединения фаз источника имеет разветвленную многоконтурную схему (см., например, рис. 20.8, а; 21.5).
Расчет такой цепи выполняется одним из известных методов с учетом состава ее элементов и схемы соединения.
Соединение источника и приемника треугольником
Расчет сложной цепи (см. рис. 20.8, а) значительно упрощается, если не принимать во внимание сопротивление проводов. В этом случае напряжения на фазах приемника равны соответствующим напряжениям источника и, как правило, представляют собой симметричную систему.
Если трехфазная система напряжений, приложенных к приемнику, известна, то фазные токи 
где 
— полные сопротивления фаз.
Линейные токи можно определить графически, как показано на рис. 21.4. Если задача решается в комплексной форме, линейные токи находят по формулам (20.7).
Мощность в несимметричной трехфазной цепи при соединении треугольником определяют по тем же формулам, что и при соединении звездой (21.6), (21.7).
Рис. 21.4. Векторная диаграмма токов при несимметричной нагрузке (соединение треугольником)
Рис. 21.5. К вопросу о преобразовании треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду в трехфазной цепи
Преобразование звезды и треугольника сопротивлений в трехфазных цепях
Расчет трехфазных цепей при смешанном соединении (звездой и треугольником), с учетом сопротивлений проводов линии представляет значительные трудности.
В этих случаях упрощения достигаются благодаря применению метода взаимного преобразования звезды и треугольника.
На рис. 21.5 приемник энергии соединен треугольником. С учетом сопротивлений проводов линии (
) расчет такой цепи удобно выполнить, заменив треугольник сопротивлений эквивалентной звездой. Общее сопротивление фазы определяется сложением сопротивлений проводов линии и эквивалентной звезды приемника.
Если в ходе расчета схемы со смешанным соединением приемников — звездой и треугольником (рис. 21.6) — необходимо определить общее сопротивление фазы, это делается преобразованием звезды в треугольник или треугольника в звезду.
При симметричной нагрузке можно преобразовать треугольник в звезду, а затем две звезды заменить одной. Последняя операция возможна только при симметричной нагрузке, когда фазные напряжения у этих «звезд» одинаковы (смещение нейтрали отсутствует). При несимметричной нагрузке звезду следует преобразовать в эквивалентный треугольник, а затем сложением соответствующих проводимостей определить общую проводимость каждой фазы.
Рис. 21.6. к расчету трехфазной цепи при соединении приемников звездой и треугольником
Если в последнем случае требуется учесть сопротивление проводов, то общий треугольник еще раз приходится преобразовать в звезду и к сопротивлениям звезды прибавить сопротивления проводов линии.
Задача 21.4.
Сопротивления фаз приемника 
подключены треугольником к трехфазному генератору, обмотки которого также соединены треугольником. Действующие значения симметричной системы э. д. с. генератора 220 В. Пренебрегая сопротивлениями линейных проводов и обмоток генератора, определить фазные и линейные токи, активную, реактивную и полную мощности каждой фазы и всей цепи. Построить векторную диаграмму.
Решение. Схема рис. 20.8, а соответствует условию задачи. Если сопротивления линейных проводов и обмоток генератора считать равными нулю, то фазные напряжения приемника равны соответствующим э. д. с.:
Фазные токи в приемнике:
Линейные токи:
Сумма линейных токов
Равенство нулю суммы линейных токов является общим свойством трехфазных трехпроводных цепей при соединении звездой и треугольником при симметричной и несимметричной нагрузках.
Рис. 21.7. К задаче 21.4
Рис. 21.8. К задаче 21.5
Мощности фаз:
Общая мощность системы:
активная
реактивная
Векторная диаграмма построена на рис. 21.7.
Задача 21.5.
Приемник электрической энергии, соединенный треугольником, включен в сеть с линейным напряжением 120 В. Сопротивления фаз: 
(инд.); 
(емк.).
Начертить схему по условию задачи. Определить фазные и линейные токи, активную, реактивную и полную мощности в каждой фазе и всей цени. Построить векторную диаграмму.
Решение. Схема цепи изображена на рис. 21.8, а.
Решим задачу без применения комплексных чисел. Токи в фазах:
Линейные токи определим графически с помощью векторной диаграммы. Для этого найдем активные и реактивные токи фаз.
В фазе АВ включено активное сопротивление, поэтому
В фазе ВС последовательно соединены R и ХL, поэтому
В фазе CA включено емкостное сопротивление, следовательно,
Векторная диаграмма цепи показана на рис. 21.8, б. Для определения линейных токов постройте векторную диаграмму на листе миллиметровой бумаги в масштабах: 
Линейные токи: 
Мощности фаз:
активные
реактивные
полные
Мощность всей цепи:
активная
реактивная
Знак минус указывает на емкостный характер реактивной мощности цепи.
Симметричные составляющие несимметричной трехфазной системы
Несимметричную трехфазную систему токов (напряжений или других синусоидальных величин) можно представить в виде суммы трех симметричных систем.
Разложение несимметричной системы векторов на симметричные составляющие применяется для расчета и анализа несимметричных режимов в трехфазных цепях: при симметричной нагрузке, но несимметричной системе э. д. с., при однофазных и двухфазных коротких замыканиях, при обрыве линейных проводов в цепях с симметричной системой э. д. с.
Комплексы симметричных составляющих
Первая симметричная система имеет прямую последовательность фаз (
рис. 21.9, а), вторая — обратную (
рис. 21.9, б). Третья система, называемая системой нулевой последовательности, состоит из трех равных величин, совпадающих по фазе (
рис. 21.9, в).
Рис. 21.9. Симметричные составляющие несимметричной системы
Система величин:
прямой последовательности
обратной последовательности
нулевой последовательности
Умножение на 
означает поворот вектора на 120″ против движения часовой стрелки. Обозначим 
через а и будем называть это выражение поворотным множителем.
Поворот вектора против часовой стрелки на 240° можно выразить умножением его на а2.
Умножение вектора на а3 не меняет его положения:
С помощью поворотного множителя а системы прямой и обратной последовательности можно записать так:
Сумма синусоидальных величин симметричной системы равна нулю, поэтому
Разложение несимметричной системы на симметричные составляющие
Выразим комплексы несимметричной системы через симметричные составляющие:
Если из этой системы уравнений можно однозначно определить симметричные составляющие через известные величины 
несимметричной системы, то этим будет доказана возможность разложения несимметричной системы на три симметричные — прямой, обратной и нулевой последовательности.
Используя выражения (21.10), запишем систему уравнений (21.12) в таком виде:
Решение системы уравнений (21.13) позволяет найти симметричные составляющие 
Сложим уравнения:
Учитывая формулу (21.11), найдем
Умножим второе уравнение в системе (21.13) на 
, а третье — на 
и сложим все уравнения:
откуда
Умножим второе уравнение в системе (21.13) на 
, а третье на 
и сложим все уравнения:
= 
+ 
+ 
+ 
+ 
= (1 + + ) + • 3 + (1 + + )
откуда
= 
(21.16)
Свойства трехфазных цепей
Отметим некоторые свойства трехфазных цепей в отношении симметричных составляющих токов и напряжений.
Степень несимметрии линейных напряжений оценивается коэффициентом несимметрии, т.е. отношением составляющей обратной последовательности напряжений к составляющей прямой последовательности.
ε = 100 • Uоп/Uпп.
Отсюда следует, что ток в нулевом проводе можно найти, если утроить величину составляющей тока нулевой последовательности.
В трехпроводной системе сумма линейных токов равна нулю. Из формулы (21.14) следует, что линейные токи в этом случае не содержат составляющей нулевой последовательности. Это справедливо и для линейных напряжений трехфазной системы, сумма которых тоже равна нулю.
Рис. 21.10. Симметричные составляющие токов трехфазной цепи при разомкнутых двух фазах
Отсутствие тока в одной или двух фазах при несимметричном режиме означает, что сумма трех симметричных составляющих токов в этих фазах равна нулю.
Например, на схеме рис. 21.10, а фазы В и С разомкнуты. Поэтому 
Согласно формулам (21.14) — (21.16), симметричные составляющие токов имеют следующие выражения:
прямой последовательности
обратной последовательности
нулевой последовательности
На рис. 21.10, б показаны симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности и их геометрическое сложение; в результате сложения получаем:
Задача 21.8.
В результате неправильной маркировки концов обмоток трехфазного трансформатора (начало фазы А вторичной обмотки помечено как конец) система линейных напряжений несимметрична. Определить симметричные составляющие линейных напряжений при соединении звездой, если фазные напряжения во вторичной обмотке 220 В.
Решение. Запишем комплексы фазных напряжений во вторичной обмотке:
Вектор напряжения 
в соответствии с условием задачи повернут на 180°.
Комплексы линейных напряжений:
Составляющие:
нулевой последовательности
прямой последовательности
обратной последовательности
Рис. 21.11. К задаче 21.8
На рис. 21.11, а, б показаны векторы систем прямой и обратной последовательности и их сумма — система трех исходных векторов линейных напряжений.
Задача 21.9.
Трехфазный электродвигатель, включенный в сеть с линейным напряжением 380 В при соединении звездой, имеет мощность на валу Р2 = 14 кВт; соsφ = 0,8; к. п. д. η = 0,85.
Определить симметричные составляющие токов в обмотке двигателя при обрыве линейного провода в фазе В.
Решение. При нормальной работе ток в фазе двигателя
При симметричной системе напряжений токи в фазах двигателя образуют симметричную систему (рис. 21.12, а). При обрыве линейного провода В векторная диаграмма фазных напряжений и токов показана на рис. 21.12, б.
Ток в фазах В равен нулю (IB = 0).
Токи в фазах А и С равны по величине, но находятся в противофазе: IА = IC.
Для определения величины токов IА и IC найдем расчетное сопротивление фазы двигателя при нормальном режиме, которое будем считать неизменным:
При обрыве линейного провода фазы В обмотки двух других фаз двигателя с одинаковым сопротивлением включены последовательно на линейное напряжение UCA. Поэтому ток в фазах А и С
Рис. 21.12. к задаче 21.9
Выразим токи в комплексной форме, полагая ток IA совпадающим с положительным направлением действительной оси:
Токи:
нулевой последовательности
прямой последовательности
обратной последовательности
На рис. 21.12, в изображены симметричные составляющие токов в двигателе при обрыве фазы.
Несимметричный режим работы трехфазной цепи
Несимметрия в трехфазной цепи может быть вызвана различными причинами: 1) неодинаковым сопротивлением фаз (несимметричная нагрузка); 2) несимметричным коротким замыканием (например, между двумя фазами или фазой и нейтралью); 3) размыканием фазы; 4) неравенством э. д. с. и т. п.
Расчет токов и напряжений в трехфазной цепи при несимметричном режиме может производиться теми же
методами, которые применяются для расчета однофазных цепей.
Рассмотрим несколько простейших вариантов (без взаимной индукции между фазами).
1. Несимметричная трехфазная цепь, соединенная звездой, с нейтральным проводом (рис. 12-13).
Несимметричная трехфазная цепь, показанная на рис. 12-13, может рассматриваться как трехконтурная цепь с тремя э. д. с. Такая цепь может быть рассчитана методами контурных токов, узловых напряжений и другими. Поскольку в схеме имеются только два узла, наиболее целесообразно в данном случае определить узловое напряжение (напряжение смещения) между нейтральными точками N’ и N по формуле,
где 
— проводимости соответствующих ветвей.
После этого найдем токи:
В симметричной трехфазной цепи 
и поэтому при 
узловое напряжение равно нулю.
Стучаю размыкания какой-либо фазы или нейтрального провода соответствует равенство нулю проводимости данной фазы или нейтрального провода. j
При отсутствии нейтрального провода, полагая в (12-1)
, имеем:
2. Несимметричная трехфазная нагрузка, соединенная звездой (без нейтрального провода), с заданными линейными напряжениями на выводах (рис. 12-14).
Если заданы линейные напряжения
на выводах нагрузки, соединенной звездой, то токи в фазах звезды определяются следующим образом.
Обозначив фазные напряжения на выводах нагрузки через
(рис. 12-14), получим
где 
— проводимости фаз нагрузки.
Равенство нулю суммы токов трех фаз записывается в виде:
Фазные напряжения 
могут быть выражены через 
и заданные линейные напряжения:
Подстановка (12-3) в (12-2) дает:
Круговой заменой индексов (с порядком следования АВСА и т. д.) находятся:
По фазным напряжениям нагрузки находятся фазные токи.
В Случае симметричной нагрузки 
вектор фазного напряжения равен одной трети диагонали параллелограмма, построенного на соответствующих линейных напряжениях. Фазные напряжения в этом случае определяются векторами, соединяющими центр тяжести треугольника напряжений (точка пересечения медиан) с вершинами треугольника.
На рис. 12-15 построение сделано для фазы А по формуле (12-4)1
В качестве примера рассмотрим схему фазоуказателя, используемую для определения чередования фаз по времени, состоящую из конденсатора и двух одинаковых электрических ламп, соединенных звездой
.
Положим, что конденсатор присоединен к фазе А, лампы — к фазам В и С; емкостное сопротивление конденсатора берется равным по модулю сопротивлению лампы, т. е. 
причем 
Неравенство напряжений на лампах проявится в том, что накал ламп будет разным.
1 Для определения чередования фаз на практике обычно пользуются специальным прибором, в котором создается вращающееся магнитное поле, увлекающее за собой диск в ту или другую сторону.
Отношение напряжений согласно выведенным выше выражениям (12-4) равно при симметрии линейных напряжений:
Следовательно, лампа, присоединенная к фазе В (т. е. к фазе, опережающей ту, к которой присоединена вторая лампа), будет светить ярко, а лампа, присоединенная к отстающей фазе, — тускло.
Вместо конденсатора можно применить индуктивную катушку, подобрав ее индуктивное сопротивление приблизительно равным по модулю сопротивлению лампы. В этом случае ярче будет светить лампа, присоединенная к отстающей фазе. Эти соотношения также могут быть получены непосредственно из векторной диаграммы.
3. Несимметричная трехфазная нагрузка, соединенная треугольником, с заданными напряжениями на выводах Рис. 12-16. Несимметричная (рис. 12-16). Если на выводах несимметричной трехфазной нагрузки, соединенной треугольником, заданы линейные напряжения 
(рис. 12-16), то токи в сопротивлениях нагрузки равны:
Токи в линии определяются как разности соответствующих токов нагрузки, например: 
и т. д.
Если на выводах несимметричной трехфазной нагрузки, соединенной треугольником, заданы фазные напряжения 
источника, соединенного в звезду, то линейные напряжения на выводах нагрузки находятся как разности соответствующих фазных напряжений, в результате чего задача сводится к только что рассмотренному случаю(рис. 12-16).
Пример 12-2. Сопротивления фаз нагрузки, соединенной звездной
Сопротивление нейтрального провода
Напряжения на цепи представляют собой симметричную звезду: 
Требуется определить фазные напряжения нагрузки.
Проводимости фаз нагрузки и нейтрального провода
На основании формулы (12-1)
Искомые фазные напряжения нагрузки:
Мощность несимметричной трехфазной цепи
Пользуясь комплексной формой записи мощности, можно написать общее выражение для мощности трехфазной цепи:
Действительная часть этого выражения представляет собой активную мощность
Суммарная активная мощность, потребляемая несимметричной трехфазной цепью, может быть в соответствии с этим измерена при помощи трех ваттметров, включенных на подведенные к данной цепи фазные напряжения относительно нейтрали и одноименные с ними токи. Активная мощность равна сумме показаний трех ваттметров. Такой метод измерения применяется при наличии нейтрального провода (рис. 12-17) или искусственно созданной нейтральной точки.
В случае отсутствия нейтрального провода измерение может быть произведено с помощью двух ваттметров
(рис. 12-18). В этом случае выражение (12-5) преобразуется следующим образом: исключая ток 
с помощью условия
получаем:
или
В соответствии с (12-6) при измерении активной мощности двумя ваттметрами к одному из них подводятся напряжение 
и ток 
а ко второму — напряжение 
и ток 
(рис. 12-18, а). Показания ваттметров складываются алгебраически.
Круговой заменой А, В. и С в выражении (12-6) можно получить выражения для других равноценных вариантов включения двух ваттметров.
Следует иметь в виду’, что если стрелка одного ваттметра отклоняется по шкале в обратную сторону, то, изменив направление напряжения или тока, подводимого к данному ваттметру, записывают полученное показание со знаком минус. При симметричном режиме работы трехфазной цепи такое положение имеет место при
что видно непосредственно из векторной диаграммы (рис. 12-18, б).
При симметричном режиме показания двух ваттметров в схеме рис. 12-18, б будут следующие:
Сумма и разность показаний ваттметров соответственно равны:
Следовательно, при симметричном режиме работы трехфазной цепи тангенс угла сдвига фаз может быть вычислен по формуле
- Вращающееся магнитное поле
- Электрические цепи синусоидального тока
- Электрические цепи несинусоидального тока
- Несинусоидальный ток
- Метод симметричных составляющих
- Цепи периодического несинусоидального тока
- Резонанс токов
- Трехфазные симметричные цепи
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Под термином заземление подразумевается электрическое подключение какой-либо цепи или оборудования к
земле. Заземление используется для установки и поддержания потенциала подключенной цепи или
оборудования максимально близким к потенциалу земли. Цепь заземления образована проводником, зажимом,
с помощью которого проводник подключен к электроду, электродом и грунтом вокруг электрода.
Заземление широко используется с целью электрической защиты. Например, в осветительной аппаратуре
заземление используется для замыкания на землю тока пробоя, чтобы защитить персонал и компоненты
оборудования от воздействия высокого напряжения.
Низкое сопротивление цепи заземления обеспечивает стекание тока пробоя на землю и быстрое срабатывание
защитных реле. В результате постороннее напряжение как можно быстрее устраняется, чтобы не подвергать
его воздействию персонал и оборудование.
Чтобы наилучшим образом фиксировать опорный потенциал аппаратуры в целях ее защиты от статического
электричества и ограничить напряжения на корпусе оборудования для защиты персонала, идеальное
сопротивление цепи заземления должно быть равно нулю. Из дальнейшего описания станет ясно, что на
практике этого добиться невозможно.
Достаточно низкие, но не предельные, значения сопротивления заданы в последних стандартах безопасности
NEC®, OSHA и др.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО ЭЛЕКТРОДА
На рис.1 показан заземляющий штырь. Его сопротивление определяется следующими компонентами:
(А) сопротивление металла штыря и сопротивление контакта проводника со штырем;
(Б) сопротивление контакта штыря с грунтом;
(В) сопротивление поверхности земли протекающему току, иначе говоря, сопротивление земли, которое часто
является самым важным из перечисленных слагаемых.
Подробнее:
(А) Обычно заземляющий штырь делается из хорошо проводящего металла (полностью медный штырь или с
медным покрытием) и клеммой соответствующего качества, поэтому сопротивлением штыря и его контакта с
проводником можно пренебречь.
(Б) Национальное бюро стандартизации показало, что сопротивлением контакта электрода с грунтом можно
пренебречь, если электрод плотно вбит и на его поверхности нет краски, масла и подобных веществ.
(В) Остался последний компонент – сопротивление поверхности грунта. Можно представить, что электрод
окружен концентрическими слоями грунта одинаковой толщины. Ближний к электроду слой имеет наименьшую
поверхность, но наибольшее сопротивление. По мере удаления от электрода поверхность слоя увеличивается,
а его сопротивление уменьшается. В конечном счете, вклад сопротивления удаленных слоев в сопротивление
поверхности грунта становится незначительным. Область, за пределами которой сопротивлением слоев земли
можно пренебречь, называется областью эффективного сопротивления. Ее размер зависит от глубины
погружения электрода в грунт.
Теоретически сопротивление земли можно определить общей формулой: R = L / A (Сопротивление =
Удельное сопротивление х Длина / Площадь )
Эта формула объясняет, почему уменьшается сопротивление концентрических слоев по мере их удаления от
электрода:
R = Удельное сопротивление грунта х Толщина слоя / Площадь
При вычислении сопротивления земли удельное сопротивление грунта считают неизменным, хотя это редко
встречается в практике. Формулы сопротивления земли для систем электродов очень сложны и при этом
зачастую позволяют вычислять сопротивление лишь приблизительно. Наиболее часто используется формула
сопротивления заземления для случая одного электрода, полученная профессором Дуайтом (H. R. Dwight) из
Массачусетского технологического института:
R = /2 L x ((In4L)-1)/r
R = , где R – сопротивление заземления штыря в омах, L – глубина заземления электрода, r – радиус
электрода, — среднее удельное сопротивление грунта в Ом·см.
ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ЭЛЕКТРОДА И ГЛУБИНЫ ЕГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Влияние размера: увеличение диаметра штыря уменьшает сопротивление заземления незначительно.
Удвоение диаметра снижает сопротивление меньше, чем на 10% (см. рис.2).
Влияние глубины заземления штыря: сопротивление заземления уменьшается с увеличением глубины.
Теоретически при удвоении глубины сопротивление уменьшается на 40 %. Стандарт NEC (1987, 250-83-3)
предписывает заземлять штырь минимум на 8 футов (2,4 м) для обеспечения хорошего контакта с землей (см.
рис.3). В большинстве случаев штырь, заземленный на 10 футов (3 м), удовлетворяет требованиям NEC.
Минимальный диаметр стального штыря равен 5/8 дюйма (1,59 см), а медного или покрытого медью стального
штыря — равен 1/2 дюйма (1,27 см) (NEC 1987, 250-83-2).
На практике минимальный диаметр 3 м штыря заземления равен:
- 1/2 дюйма (1,27 см) для обычного грунта,
- 5/8 дюйма (1,59см) для сырого грунта,
- 3/4 дюйма (1,91 см) для твердого грунта или для штыря длиннее 10 футов.
ВЛИЯНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА
Приведенная выше формула Дуайта показывает, что сопротивление заземления зависит не только от глубины
и площади поверхности электрода, но и от удельного сопротивления грунта. Оно является главным фактором,
который определяет сопротивление заземления и глубину заземления штыря, какая потребуется для
обеспечения малого сопротивления. Удельное сопротивление грунта сильно изменяется в зависимости от
района земного шара и времени года. Оно в значительной степени зависит от содержания в почве
электропроводящих минералов и электролитов в виде воды с растворенными в ней и солями. Сухая почва, не
содержащая растворимых солей, имеет высокое сопротивление (см. таблицу№ 1).
| Почвы | Удельное сопротивление, Ом·см Мин. |
Удельное сопротивление, Ом·см Среднее |
Удельное сопротивление, Ом·см Макс. |
| Зольные почвы, шлаки, засоленные почвы, пустынные |
590 | 2370 | 7000 |
| Глины, глинистые сланцы, илистая, суглинок |
340 | 4060 | 16000 |
| Те же с песком или гравием | 1020 | 15 800 | 135000 |
| Гравий, песок, камни с небольшим количеством глины или суглинка |
59000 | 94000 | 458000 |
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА
Два типа почвы в сухом виде могут стать фактически изоляторами с удельным сопротивлением более 109 Ом ·
см. Как можно видеть в таблице № 2, сопротивление образца почвы изменяется весьма быстро при
увеличении содержания влаги в ней приблизительно до 20%.
| Содержание влаги, % | Удельное сопротивление, Ом·см Земля | Удельное сопротивление, Ом·см Песчаный суглинок |
|---|---|---|
| 0 | меньше 109 | меньше 109 |
| 2,5 | 250000 | 150000 |
| 5 | 165000 | 43000 |
| 10 | 53000 | 18500 |
| 15 | 19000 | 10500 |
| 20 | 12000 | 6300 |
| 30 | 6400 | 4200 |
Удельное сопротивление почвы, также, зависит от температуры. Таблица№ 3 показывает, как меняется удельное
сопротивление песчаного суглинка с содержанием влаги 12,5% при изменении температуры от +20 до -15°С.
Как можно видеть, удельное сопротивление изменяется от 7200 до 330 000 Ом-сантиметров.
| Температура, °С | Температура по Фаренгейту, F |
Удельное сопротивление, Ом·см |
|---|---|---|
| 20 | 68 | 7200 |
| 10 | 50 | 9900 |
| 0 | 32(вода) | 13800 |
| 0 | 32(лед) | 30000 |
| -5 | 23 | 79000 |
| -15 | 14 | 330000 |
Поскольку удельное сопротивление грунта сильно зависит от температуры и содержания влаги, разумно
считать, что сопротивление устройства заземления будет зависеть от времени года. Такие изменения
показаны на рис.7. Поскольку стабильность температуры почвы и содержания в ней влаги улучшается по мере
удаления от поверхности, то система заземления будет эффективна в любое время, если штырь вбит на
значительную глубину. Отличные результаты получаются, когда штырь достигает уровня воды.
каменистом грунте. Кривая 1 – заглубление трубы 3 фута, кривая 2 – 10 футов.
В некоторых случаях удельное сопротивление грунта настолько велико, что для получения низкого
сопротивления заземления требуется сложное устройство и значительные затраты. В этих случаях
оказывается более экономичным использовать заземленный штырь небольших размеров и снижать
сопротивление заземления, периодически повышая содержание растворимых веществ в почве вокруг
электрода. Рисунок 8 показывает существенное уменьшение сопротивления песчаного суглинка при
увеличении содержания в нем соли.
На рис. 9 показана зависимость удельного сопротивления грунта, пропитанного раствором соли, от
температуры. Конечно, если используется пропитка грунта соляным раствором, штырь заземления должен
быть защищен от химической коррозии.
Чтобы помочь инженеру приблизительно определить глубину заглубления электрода, необходимую для
получения заданного сопротивления устройства заземления, можно воспользоваться так называемой
Номограммой заземления. Она показывает, что для получения сопротивления заземления 20 Ом на грунте с
удельным сопротивлением 10000 Ом-сантиметров, потребуется дюймов заглубить на 20 футов штырь
диаметром 5/8.
Работа с Номограммой заземления
- Выберите необходимое сопротивление по шкале R.
- Отметьте на шкале Р точку удельного сопротивления грунта.
- Проведите прямую линию через точки на шкале R и Р до шкалы K.
- Отметьте точку на шкале K.
- Выберите диаметр штыря и проведите прямую линию до шкалы D через точки на шкале DIA и на шкале
K. - Пересечение этой прямой с линией шкалы D покажет величину заглубления штыря, необходимую для
того, чтобы обеспечить выбранное вначале сопротивление заземления.
ЗНАЧЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
В разделе «Сопротивление искусственных электродов» стандарта NEC ® 250-84 (1987) написано:
«Если один электрод в виде штыря, трубы или пластины не обеспечивает сопротивление равное или меньшее,
чем 25 Ом, то необходимо применить дополнительно любое из устройств, описанных в части 250-83. Где бы ни
устанавливалась группа штырей, труб или пластин, указанный раздел требует, чтобы расстояние между ними
было не менее 1,8 м.»
Национальный кодекс по электричеству (NEC® — National Electrical Code) устанавливает, что сопротивление
заземления не должно быть больше 25 Ом. Эта директива является верхней границей и во многих случаях
требуется гораздо меньшее значение.
Возникает вопрос: «Насколько низким должно быть значение сопротивления заземления?» Трудно назвать
конкретное количество Ом. Низкое сопротивление заземления обеспечивает большую защиту персонала и
оборудования. Поэтому стоит стремиться сделать его меньше одного Ом. Однако, было бы непрактично
добиваться такого низкого значения сопротивления по всей сети распределения и передачи электроэнергии
или на малых подстанциях. В некоторых регионах можно получить без значительных усилий значение 5 Ом. В
других — трудно достигнуть и 100 Ом сопротивления заземления.
Стандарты, принятые в промышленности, устанавливают, что передающая электроэнергию подстанция
должна обеспечивать сопротивление заземления, не превышающее одного Ом. Для подстанций,
распределяющих электроэнергию, рекомендуется сопротивление заземления не выше 5 и даже 1 Ом. На
большинстве подстанций требуемое значение сопротивления может обеспечить система заземления в виде
решетки.
В сетях электроосвещения или на узлах связи часто приемлемым значением считается 5 Ом. Если в сетях
электроосвещения применяется громоотвод, то он должен подключаться к цепи заземления с сопротивлением
не больше одного Ом.
Именно такие значения сопротивления заземления, вытекающие из теории, обычно и применяются на
практике. Однако всегда существуют случаи , когда очень трудно обеспечить сопротивление заземления,
удовлетворяющее стандарту NEC ® или другим стандартам безопасности. Для этих случаев существует
несколько методов уменьшения сопротивления заземления. В их числе система из параллельно соединенных
электродов, система с глубоким заземлением составных электродов и химическая обработка грунта. Кроме
того, в других публикациях обсуждается заземление в виде закопанных пластин, проводников (электрический
противовес), в виде подключения к стальным конструкциям зданий и арматуре железобетонных конструкций.
Низкое сопротивление заземления может обеспечить подключение к трубам систем водо- и газоснабжения.
Однако, применение с недавнего времени неметаллических труб и непроводящих стыков между трубами
сделали проблематичным или вовсе невозможным обеспечить в этом случае низкое сопротивление
заземления.
Для измерения сопротивления заземления требуется специальные приборы. Большинство из них используют
принцип падения потенциала, созданного переменным током (AC – alternative current) протекающим между
вспомогательным и проверяемым электродом. Измерение проводится в омах и показывает сопротивление
между заземленным электродом и окружающей его землей. В числе приборов СА® недавно появились
измерители сопротивления заземления, применяющие клещи тока.
Примечание. National electric code ® и NEC ® являются зарегистрированными торговыми марками
Национальной противопожарной ассоциации (National Fire Protection Association).
ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
(Принцип падения потенциала, 3-точечная схема.)
Вольтметром измеряется напряжение между штырями X и Y и амперметром — ток, протекающий между
штырями X и Z (см. рис. 11).
(Заметьте, что точки X,Y и Z соответствуют точкам X,P и C прибора, работающего по 3-точечной схеме или
точкам С1,Р2 и С2 прибора, работающего по 4-точечной схеме.)
Пользуясь формулами закона Ома E = R I или R = E / I, мы можем определить сопротивление заземления
электрода R. Например, если Е = 20 В и I = 1 А, то: R = E / I = 20 / 1 = 20 Ом
При использовании тестера заземления не потребуется производить эти вычисления. Прибор сам сгенерирует
необходимый для измерения ток и прямо покажет значение сопротивления заземления.
ПОЛОЖЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ
Для точного измерения сопротивления заземления размещать вспомогательный электрод тока Z достаточно
далеко от измеряемого электрода для того, чтобы потенциал на вспомогательном электроде напряжения Y
измерялся за пределами зон эффективного сопротивления как проверяемого электрода X, так и
вспомогательного электрода тока Z. Наилучшим способом проверить, находится ли электрод за пределами зон
эффективного сопротивления остальных электродов, будет проводить измерения, меняя его местоположение.
Если вспомогательный электрод напряжения Y находится в зоне эффективного сопротивления одного из
остальных электродов (или одновременно в обеих зонах, если зоны перекрываются), то при смене его
местоположения показания прибора будут значительно меняться и в этом случае нельзя точно определить
сопротивление заземления (см. рис 12).
С другой стороны, если вспомогательный электрод напряжения Y расположен за пределами зон эффективного
сопротивления (рис. 13), то при его перемещении показания будут изменяться незначительно. Это и есть
наилучшая оценка сопротивления заземления электрода Х. Результаты измерения лучше изобразить на
графике, чтобы убедиться , что они находятся на почти горизонтальном участке кривой, как показано на рис.13.
Часто расстояние от этого участка до проверяемого электрода равно приблизительно 62% расстояния от
вспомогательного электрода тока до проверяемого электрода.
ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДА (Метод 62-х процентов)
Метод 62% был принят после изучения графиков и практических проверок. Этот метод обеспечивает
наибольшую точность при условии однородности грунта.
Этот метод применяется, если проверяемое устройство заземления и два вспомогательных электрода можно
расположить в линию и когда проверяемое устройство заземления состоит из одного штыря, одной трубы ,
одной пластины и т.п., как показано на рис. 14.
На рис. 15 показано, что зоны эффективного сопротивления (группа концентрических поверхностей вокруг
штырей) проверяемого электрода Х и вспомогательного электрода тока Z перекрываются. Если переместить
электрод потенциала Y по направлению к электроду Х или Z и повторить измерение, то показания будут сильно
различаться и измеренное значение будет неприемлемо далеко от истинного сопротивления заземления.
Области эффективного сопротивления пересекаются и это приводит к тому, что измеренное значение
сопротивления возрастает по мере удаления электрода Х от проверяемого электрода Y.
Теперь рассмотрим рисунок 16, на котором электроды Х и Z удалены на расстояние достаточное, чтобы зоны
эффективного сопротивления электродов не пересекались. Если мы теперь построим график сопротивления в
зависимости от расстояния между электродами X и Y, мы увидим, что разница между сопротивлением слева и
справа от точки 62% (относительное расстояние от Y Х) приемлемо мала. Обычно эта разница измеряется в
процентах от измеренной величины: ± 2%, ± 5%, ± 10% и т.д.
УДАЛЕННОСТЬ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА
Нельзя назвать одно на все случаи значение расстояния от вспомогательного электрода тока Z до
проверяемого электрода Х, поскольку оно зависит от длины и диаметра проверяемого электрода,
однородности грунта и, особенно, от размеров эффективных областей сопротивления электродов. Однако, в
данном параграфе дано приблизительное значение этого расстояния для электрода диаметром 1 дюйм при
однородном грунте (для диаметра ? дюйма уменьшите расстояние на 10%, для диаметра 2 дюйма увеличьте
расстояние на 10%).
| Глубина заземления проверяемого электрода, футов |
Расстояние до электрода Y, футов |
Расстояние до электрода Z, футов |
|---|---|---|
| 6 | 50 | 72 |
| 8 | 55 | 80 |
| 10 | 60 | 88 |
| 12 | 71 | 96 |
| 18 | 74 | 115 |
| 20 | 86 | 120 |
| 30 | 45 | 140 |
ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ ПРОВОДНИКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Проводимость проводника заземления можно измерить, включив его между двумя входами измерительного
прибора (см. рис. 17).
ДВУХТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ (Упрощенный метод)
Этот альтернативный способ применяется , когда доступно другое очень хорошее заземление, кроме
измеряемого.
В густонаселенных районах, где трудно найти места для установки двух вспомогательных электродов, можно
применить двухточечный метод. Измерение показывает сопротивлению двух устройств заземления,
включенных последовательно. Поэтому второе заземление должно быть очень хорошим, настолько, чтобы его
сопротивлением можно было пренебречь. Необходимо, также, измерить сопротивление провода и вычесть его
из полученного измерения.
Двухточечный метод не такой точный, как 3-точечный метод (метод 62%), поскольку зависит от расстояния
между измеряемым электродом и вспомогательным заземлением (неиспользуемое заземление или
водопроводная труба). Этот метод нельзя использовать как стандартный. Скорее, — это выход из положения в
густонаселенных районах.
См. рис. 18.
ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА (4-точечный метод)
Почему так важно измерять сопротивление грунта?
Измерение сопротивления грунта преследует тройную цель. Во-первых, эти данные используются для
геофизического изучения залегающих пород с целью определения зон и глубины залегания руд и для изучения
других геофизических феноменов. Во-вторых, сопротивление грунта оказывает непосредственное влияние на
степень коррозии подземных трубопроводов. Уменьшение сопротивления грунта приводит к усилению
процесса коррозии и, следовательно, заставляет проводить специальную защитную обработку труб. В-третьих,
сопротивление грунта непосредственно влияет на конструкцию устройств заземления. И именно поэтому здесь
обсуждается вопрос о сопротивлении грунта. При разработке систем заземления большого размера, разумно
определить области наименьшего сопротивления грунта, чтобы сконструировать наиболее экономичную
установку.
Измерять сопротивление можно двумя методами: двухточечным или 3-точечным. Двухточечный метод
заключается просто в измерении сопротивления между двумя точками. В большинстве случаев наиболее
точным является 4-точечный метод, который применен в тестере заземления модели 4500.
Как следует из названия, 4-точечный метод (см рис. 19 и 20 ниже) на измеряемом участке требуется
установить в линию четыре равноудаленных электрода. Между крайними электродами протекает ток известной
величины, созданный генератором тока. Между внутренними электродами измеряется падение напряжения.
Модель 4500 показывает непосредственно значение сопротивления в омах:
= 4 AR/ (1+2A/(A2+4B2) -2A/(4A2+4B2))
А – расстояние между электродами в см; В – глубина заземления электродов в см. Если А > 20 В, то формула
такова: = 2 AR (если А — в см) = 191,5 AR (если А – в футах)
= Сопротивление грунта (в Ом·см) Это значение есть среднее удельное сопротивление грунта на глубине
равной расстоянию А между электродами.
ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА ПРИБОРОМ TERCA 2
Имеется обширный участок земли, на котором надо определить место с наилучшим удельным
сопротивлением. Немного интуиции не помешает. Поскольку наша цель найти место с наименьшим
сопротивлением, сухой песчаной почве мы предпочтем влажный суглинок. Также следует оценить глубину
залегания слоя с наименьшим удельным сопротивлением.
Пример:
После обследования зона поиска сократилась приблизительно до 75 квадратных футов (22,5 м?). Допустим,
необходимо определить сопротивление на глубине 15 футов (450 см). Расстояние между крайними штырями
заземления равно глубине, на которой необходимо измерить среднее удельное сопротивление (15 футов или
450 см). Чтобы применить более простую формулу Венера (r = 2? AR), необходимо заземлять электрод на
глубину равную 1/20 расстояния между электродами или на 8 7/8 футов (22,5 см).
Устанавливайте электроды по сетке, как показано на рис. 19, и подключайте тестер заземления модели 4500
по схеме на рис. 20. Выполните следующие действия:
- Снимите перемычку, замыкающую выводы Х и Х V (C1 и P1) прибора;
- Подключите прибор ко всем четырем штырям (см. рис.20).
Например, пусть измерено сопротивление R = 15, (удельное сопротивление) = 2 RA А (расстояние между
электродами) = 450 см.
Тогда : = 6,28 х 15 х 450 = 42 390 Ом·см.
ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ
Первой причиной для измерения напряжения прикосновения является необходимость оценить безопасность
персонала и защиту оборудования от высокого напряжения. Однако, в некоторых случаях степень
электрической безопасности можно оценивать с различных точек зрения.
Периодические измерения сопротивления устройства заземления в виде электрода или решетки электродов
рекомендуются в следующих случаях:
- Когда устройство заземления в виде электрода или решетки относительно мало и его удобно
отключать. - Когда есть подозрение, что идет коррозия электрода, вызванная низким сопротивлением грунта и
гальваническими процессами. - Когда пробой на землю поблизости от проверяемого устройства заземления маловероятен.
Измерение напряжения прикосновения является альтернативным способом определения безопасности. Он
рекомендуется в следующих случаях: - Когда невозможно физически или по экономическим соображениям отключать заземление для того,
чтобы произвести измерение. - Когда можно ожидать пробоев на землю рядом с проверяемым заземлением или рядом с
оборудованием, которое подключено к проверяемому заземлению. - Когда «след» оборудования сравним с размером заземления, которое подлежит проверке.
( «След» – контур той части оборудования, которая соприкасается с землей.)
Ни измерение сопротивления заземления методом падения потенциала, ни измерение напряжения
прикосновения не говорят о способности проводника заземления выдержать большие токи утечки с проводника
фазы на проводник заземления. Требуется другой тест с использованием большого тока для того, чтобы это
проверить.
Для измерения напряжения прикосновения применяется 4-точеный тестер заземления. В процессе измерения
прибор генерирует в земле небольшое напряжение, имитирующее напряжение неисправности неподалеку от
проверяемой точки на земле. Прибор показывает значение в вольтах на ампер тока, протекающего при этом в цепи заземления. Отображенное на экране значение затем умножается на максимальную величину тока,
ожидаемого в земле, чтобы вычислить напряжение прикосновения данной установки для худшего случая.
Например, если при проверке системы с максимальным ожидаемым током неисправности 5000 А, прибор
показал значение 0,100, то напряжение прикосновения будет равно 500 В.
Измерение напряжения прикосновения похоже на метод падения потенциала тем, что так же требует установки
вспомогательных электродов в землю или на ее поверхность. Но расстояние между вспомогательными
электродами будет другое — см. рис. 21.
Рассмотрим следующий пример. Пусть изоляция изображенного на рисунке подземного кабеля была пробита
недалеко от изображенной подстанции. В земле появятся токи, вызванные аварией, которые потекут к
устройству заземления подстанции, создавая разность потенциалов. Это напряжение может быть опасным для
здоровья, и даже жизни, персонала, который находится на данном участке земли.
Чтобы приблизительно измерить напряжение прикосновения для данной ситуации, выполните следующие
действия. Включите кабели между ограждением подстанции и точками С1 и Р1 4-точечного тестера
заземления. Установите электрод в земле в точке,. где можно ожидать пробой кабеля и подключите электрод к
выводу С2 прибора. Установите в землю еще один электрод на линии между первым электродом и точкой
подключения к ограждению на расстоянии одного метра (или вытянутой руки) от места подключения к
ограждению и подключите этот электрод к точке Р2 прибора. Включите прибор, выберите диапазон 10 мА и
снимите измерение. Умножьте его на максимально возможный в случае аварии ток.
Устанавливая электрод, подключенный к выводу Р2 прибора, в различные места вокруг ограждения,
примыкающие к неисправной линии, можно получить карту изменения потенциала.
ИЗМЕРЕНИЕ ПРИБОРОМ С.А 6415 C ПРИМЕНЕНИЕМ ТОКОВЫХ КЛЕЩЕЙ
Это новый уникальный метод измерения сопротивления заземления. Он позволяет проводить измерение без
отключения цепи заземления. Кроме того, преимущество метода в том, что он позволяет измерять общее
сопротивление устройства заземления, включая сопротивление соединений в цепи заземления.
Обычно, проводник заземления электросети общего назначения можно представить схемой, показанной на
рис. 22 или эквивалентной схемой, показанной на рис. 23. Если в какой-нибудь ветви с сопротивлением RX с
помощью трансформатора создать напряжение E, через цепь потечет ток I .
Описанные величины связаны соотношением E / I = RX. При известном неизменном напряжении Е
сопротивление RX можно получить, измерив ток I.
Обратимся снова к рис. 22 и 23. Ток создается специальным трансформатором, подключенным к через
усилитель мощности к источнику напряжения с постоянной амплитудой и частотой 1,6 кГц. Этот ток
регистрируется в образующемся контуре. Измеряемый сигнал регистрируется синхронным детектором,
усиливается избирательным усилителем, преобразуется аналогово-цифровым преобразователем и
отображается на ЖК-дисплее.
Избирательный усилитель применяется для очищения полезного сигнала от сигналов с частотой сети и от
высокочастотных шумов. Напряжение регистрируется катушками, охватывающими проводник в возбуждаемом
контуре, затем усиливается и очищается, когда сравнивается в компараторе с опорным сигналом. Если клещи
тока неправильно закрыты, на дисплее появляется сообщение «open jaws» («клещи открыты»).
ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕНИЙ НА МЕСТНОСТИ
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА, СМОНТИРОВАННОГО НА СТОЛБЕ ЛИНИИ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Снимите защитную крышку с провода заземления и обеспечьте достаточно свободного места для захвата
проводника клещами тока. Клещи должны свободно охватывать проводник заземления. Клещами можно
захватить и непосредственно штырь заземления.
Примечание: клещи должны находиться на электрическом пути от нейтрали системы или проводника
заземления к штырю или штырям (в зависимости от исполнения)
Выберите измерение тока «А». Захватите клещами проводник заземления и измерьте ток в проводнике.
Максимальное значение равно 30 А. Если значение тока превышает 30 А, измерение сопротивления
заземления невозможно. Прекратите измерение. Снимите прибор С.А 6415 с данной точки и продолжите
измерение в других точках.
Если измеренный в цепи заземления ток не превышает допустимого, выберите режим «?» прибора и
прочитайте результат измерения в омах. Измеренное значение соответствует не только сопротивлению
системы заземления, но и включает сопротивление контакта нейтрали со штырем и всех соединений между
нейтралью и штырем.
Заметьте, что на рисунке 24 заземление обеспечивается торцом столба и заземленным штырем. Необходимо
подключить клещи выше точки соединения проводников от торца столба и от штыря, чтобы измерить общее
сопротивление заземления обоих заземлителей. Для последующих обращений к результату запишите дату, ток, сопротивление заземления в омах и номер столба.
Примечание: большое значение сопротивления может быть вызвано:
А) плохим заземлением штыря;
Б) отключенным проводником заземления;
В) большим сопротивлением контактов или мест сращивания проводника; осмотрите клещи, соединение на
конце штыря, нет ли заглублённых трещин на стыках.
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ КОРОБКЕ ИЛИ НА СЧЕТЧИКЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Следуйте в основном описанной выше методике. Заметьте на рис. 25, что заземление может быть исполнено в
виде группы штырей или, как показано на рис. 26, в качестве заземления может быть использована выходящая
из земли водопроводная труба. Можно использовать одновременно оба вида заземления. В этом случае
следует выбирать точку измерения на нейтрали так, чтобы измерить общее сопротивление заземления
системы.
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НА ТРАНСФОРМАТОРЕ, УСТАНОВЛЕННОМ НА ПЛОЩАДКЕ
- Замечание. Никогда не открывайте ограждение трансформатора. Это — имущество коммунальной службы. Данное измерение может выполнять только специалист.
- Соблюдайте все необходимые меры безопасности.
- Присутствует о пасное напряжение.
Определите и посчитайте все штыри заземления (обычно имеется единственный штырь). Если штыри
заземления находятся внутри ограждения, обратитесь к рис. 27, а если за пределами ограждения – к рис.28.
Если имеется единственный штырь заземления и он находится внутри ограждения, то для измерения следует
подключиться к проводнику сразу после контакта проводника со штырем. Часто, от зажима на штыре
возвращается к нейтрали или внутрь ограждения несколько проводников.
Во многих случаях, наилучшее измерение можно получить при помощи клещей 3710 или 3730, подключенных
непосредственно к заземленному штырю. При этом измеряется исключительно сопротивление устройства
заземления. Подключайте клещи только в той точке, где имеется единственный путь для тока, текущего в
нейтраль.
Обычно, если вы получили очень низкое значение сопротивления, то это означает, что вы подключились к
петле и вам следует переместить точку измерения ближе к штырю. На рис. 28 штырь заземления вне
заграждения. Чтобы получить правильный результат, выберите точку подключения клещей, как показано на
рисунке. Если внутри ограждения имеется несколько штырей в разных углах, надо определить, как они
подключены, чтобы правильно выбрать точку измерения.
ПЕРЕДАЮЩИЕ СТОЙКИ
Соблюдайте все необходимые меры безопасности. Присутствует опасное напряжение.
Найдите проводник заземления около фундамента стойки. Заметьте, что существует много конфигураций.
Будьте осторожны при определении проводников заземления. На рис. 29 показана одна стойка на бетонном
фундаменте с внешним проводником заземления. Точка подключения клещей должна находиться выше места
электрического соединения частей системы заземления, которая может быть выполнена в виде группы
штырей, пластин, витков или элементов фундамента.
Источник информации: http://www.diagnost.ru/
Поделиться ссылкой:
Сопротивление заземления
Сопротивление заземления (сопротивление растеканию электрического тока) определяется как величина «противодействия» растеканию электрического тока в земле, поступающего в неё через заземлитель.
Измеряется в Ом и должно иметь минимально низкое значение. Идеальный случай — нулевая величина, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» электротоков, что гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение землей.
Так как идеала достигнуть невозможно, все электрооборудование и электроника создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления = 60, 30, 15, 10, 8, 4, 2, 1 и 0,5 Ом.
- для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом
При подключении локального заземления к нейтрали трансформатора / генератора в системе TN суммарное сопротивление заземления (локального + всех повторных + заземления трансформатора / генератора) должно быть не более 4 Ом (ПУЭ 1.7.101). Данное условие выполняется без каких-либо дополнительных мероприятий при правильном заземлении источника тока (трансформатора либо генератора)
Подробнее об этом на странице «Заземление дома».
- при подключении газопровода к дому должно выполняться стандартное требование для заземления дома. Однако из-за использования опасного оборудования необходимо выполнять локальное заземление с сопротивлением не более 10 Ом
(ПУЭ 1.7.103; для всех повторных заземлений)
Подробнее об этом на странице «Заземление газового котла / газопровода».
- для заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п.
Подробнее об этом на странице «Молниезащита и заземление».
- для источника тока (генератора или трансформатора) сопротивление заземления должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
- для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
- при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
- для подстанции 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
Приведённые выше нормы сопротивления заземления справедливы для нормальных грунтов с удельным электрическим сопротивлением
не более 100 Ом*м (например, глина / суглинки).
Если грунт имеет более высокое удельное электрическое сопротивление — то часто (но не всегда) минимальные значения сопротивление заземления повышаются на величину 0,01 от удельного сопротивления грунта.
Например, при песчаных грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом*м минимальное сопротивление локального заземления дома с системой TN-C-S повышается в 5 раз — до 150 Ом (вместо 30 Ом).
Расчёт сопротивления заземления
Для расчёта сопротивления заземления существуют специальные формулы и методики, описывающие зависимости от описанных факторов. Они представлены на странице «Расчёт заземления».
Качество заземления
Сопротивление заземления является основным качественным показателем заземлителя и напрямую зависит от:
- удельного сопротивления грунта
- конфигурации заземлителя, в частности: площади электрического контакта электродов заземлителя с грунтом
Удельное сопротивление грунта
Параметр определяет собой уровень «электропроводности» земли как проводника = как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток, поступающий от заземлителя. Чем меньший размер будет иметь эта величина, тем меньше будет сопротивление заземления.
Удельное электрическое сопротивление грунта (Ом*м) — это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, его влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).
Обычно используется таблица ориентировочных величин «удельное сопротивление грунта», т.к. его точное измерение возможно только в ходе проведения специальных геологических изыскательных работ.
Конфигурация заземлителя
Сопротивление заземления напрямую зависит от площади электрического контакта электродов заземлителя с грунтом, которая должна быть как можно большей. Чем больше площадь поверхности заземлителя, тем меньше сопротивление заземления.
Чаще всего, из-за наименьшей сложности монтажа, в роли заземлителя используется вертикальный электрод в виде стержня/трубы/уголка.
Для увеличения площади контакта заземлителя с грунтом:
- увеличивается длина (глубина) электрода
- используется несколько соединенных вместе коротких электродов, размещенных на некотором расстоянии друг от друга (контур заземления). В таком случае площади единичных электродов просто складываются вместе, что подробно описано на отдельной странице о расчёте заземления.
Различные отраслевые нормы
Сопротивление заземления для кабелей городской телефонной сети с медными жилами (из ОСТ 45.82-96, п. 
Для металлических экранов и оболочек кабелей приняты следующие значения (зависимость от удельного электрического сопротивления грунта (УЭС)):
| УЭС, Ом*м | < 100 | > 100 < 300 |
> 300 < 500 |
> 500 < 1000 |
> 1000 |
| R, Ом | 20 | 30 | 35 | 45 | 55 |
Смотрите также: