Защитное заземление в электрических сетях, изолированных от земли (система заземления it)

Принцип действия защитного заземления рассмотрим на примере однофазной сети с изолированным выводом источника тока (рис. 45).

При замыкании провода 1 на корпус электроустановки, через заземляющее устройство с сопротивлением R_З и изоляцию провода 2 с сопротивлением R₂ потечет ток замыкания I_З.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении до безопасного значения величины напряжения, под которым может оказаться корпус электроустановки вследствие замыкания на него тока фазы.

Для упрощения расчетов примем следующие допущения:

1) ток утечки между сопротивлениями изоляции R₁ и R₂ равен нулю;

2) R₁ = R₂ = R_ИЗ;

3) R_ЗЕМЛИ = R_ОБУВИ = R_ПОЛА =R_{СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ} = 0;

Тогда согласно схеме замещения (рис. 45, а)

Поскольку напряжение источника , напряжение , под которым окажется корпус заземленной электроустановки относительно земли, будет равно

.

Рис. 45. Принцип действия защитного заземления

. (13)

Из выражения (13) видно, что напряжение замыкания на корпус U_З будет тем меньше, чем меньше сопротивления заземляющего устройства R_З, т.е. когда

, .

Если человек прикоснется к корпусу неисправной электроустановки, то он подключится (рис. 45, б) параллельно сопротивлению R_З, и ток, протекающий через него, будет примерно равен

(14)

Выражение (14) показывает, что даже при неблагоприятных для эксплуатации значениях R_ИЗ и при соблюдении требований к величине R_З защитное заземление свою защитную роль выполнит.

Пример. Пусть U = 220 В, R_З = 4 Ом, R_ИЗ = 1000 Ом.

.

Тогда

,

.

Вывод. Защитное заземление является эффективной мерой защиты человека от поражения током при замыкании на корпус электроустановки, питающейся от электрической сети, изолированной от земли (система заземления IT).

На рис. 46 представлена трёхфазная трёхпроводная сеть, от которой питается ЭУ А с защитным заземлением корпуса. Вывод об опасности поражения электрическим током сделанный выше для однофазной сети, справедлив и для трёхфазной.

Рис. 46. Защитное заземление в трехфазной электрической сети

с изолированной нейтралью

Защитное заземление в заземленных электрических сетях (система заземления tn)

Проведем анализ эффективности защитного заземления на примере трехфазной электрической сети напряжением до 1000 В с глухо заземленной нейтралью (рис. 47).

Поскольку на практике сопротивление изоляции составляет десятки и сотни тысяч Ом, а сопротивление рабочего заземления вторичной обмотки трансформатора - единицы Ом, то величиной тока, протекающего через , пренебрежем.

Тогда согласно схеме замещения (рис. 47):

;

.

Если , то:

.

Таким образом, корпус заземленной электроустановки может оказаться под напряжением относительно земли, равном половине фазного напряжения сети.

Если человек коснется корпуса электроустановки, то он подключится параллельно сопротивлению и

.

Рис. 47. Защитное заземление в заземленной электрической сети

При

что представляет смертельную опасность для человека.

Вывод. Защитное заземление в заземленных электрических сетях неэффективно.

Вот почему Правила устройства электроустановок (ПУЭ) не рекомендует использовать защитное заземление в данных сетях в качестве единственной меры защиты. Оно может использоваться только как дополнение к защитному занулению или другим видам защиты.

Из рассмотрения принципа действия защитного заземления получено, что чем меньше сопротивление защитного заземления или заземляющего устройства , тем меньший ток протекает через тело человека.

Сопротивлением заземляющего устройства называется отношение напряжения на нем к току, стекающему с заземлителя. В зависимости от режима нейтрали сети, от которой питается ЭУ, оно будет различным.

Защитное заземление или зануление ЭУ следует выполнять:

1) при номинальных напряжениях более 50 В переменного тока и 120 В и выше постоянного тока - во всех случаях и электроустановках;

2) при номинальных напряжениях выше 25 В, но ниже 50 В переменного тока и выше 60 В, но ниже 120 В постоянного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных ЭУ.

Защитное заземление или зануление ЭУ не требуется при номинальных напряжениях до 25 В переменного тока и до 60 В постоянного тока во всех случаях, кроме:

• ЭУ, расположенных во взрывоопасных зонах;

• ЭУ, расположенных в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках;

• металлических оболочек и брони контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока, проложенных на общих металлических конструкциях вместе с кабелями и проводами, металлические оболочки и броня которых подлежат защитному заземлению и занулению;

- сварочных трансформаторов, у которых, кроме заземления (зануления) корпусов, следует заземлять (занулять) зажим вторичной цепи источника сварочного тока, соединяемый обратным проводом с изделием.

При невозможности выполнения защитного заземления, зануления и защитного отключения допускается обслуживание ЭУ с изолирующих площадок. Изолирующие площадки должны быть выполнены так, чтобы прикосновение к представляющим опасность частям ЭУ могло быть только с площадок.

К частям, подлежащим защитному заземлению или занулению, относятся:

• корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и других ЭУ;

• приводы электрических аппаратов;

• вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

• каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемные или открывающиеся части, если на последних установлено электрооборудование напряжением выше 25 В переменного тока или более 60 В постоянного тока;

• металлические конструкции РУ, металлические кабельные конструкции, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;

• металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников;

• электрооборудование, установленное на движущихся частях станков, машин и механизмов.

С целью уравнивания потенциалов в тех помещениях и наружных установках, в которых применяется защитное заземление или зануление, строительные и производственные конструкции, стационарно проложенные трубопроводы всех назначений, металлические корпуса технологического оборудования, подкрановые и железнодорожные рельсовые пути должны быть присоединены к магистрали заземления или зануления.

Предельно допустимые значения сопротивлений защитного заземления ЭУ напряжением до 1000В приведены в табл. 11.

Заземлителем называется проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

По расположению заземлителей относительно заземленных корпусов, заземляющие устройства подразделяют на выносные и контурные.

Выносное заземляющее устройство показано на рис. 48.

Заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Поэтому заземленные корпуса находятся вне поля растекания тока в земле, и человек, касаясь корпуса, оказывается под полным напряжением относительно земли, если не учитывать коэффициента прикосновения, учитывающего площадь прикосновения, , . Так как , тогда ток через человека:

.

Выносное заземление защищает только за счет малого сопротивления заземляющего устройства.

Таблица 11

Предельно допустимые значения R₃ в зависимости от напряжения

сети и удельного сопротивления грунта

Линейное напряжение источника тока, В		Сопротивление заземляющего устройства RЗ, Ом	Удельное сопротивление земли ρ, Ом м
трёхфазного	однофазного
660 380 220	380 220 127	2 4 8	ρ < 100
660 380 220	380 220 127	0,02 ρ 0,04 ρ 0,08 ρ	100 < ρ < 1000
660 380 220	380 220 127	20 40 80	ρ > 1000

Вид сверху

Рис. 48. Заземляющее устройство сооружения с групповым выносным заземлителем

Контурное заземляющее устройство показано на рис. 49. Заземлители располагаются по контуру вокруг заземленного оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга. Поля растекания токов заземлителей накладываются, и любая точка поверхности грунта внутри контура имеет значительный потенциал.

Вследствие этого разность потенциалов между точками, находящимися внутри контура, снижена и коэффициент прикосновения намного меньше единицы.

Коэффициент напряжения шага также меньше максимально возможного значения. Ток через человека, касающегося корпуса, меньше, чем при выносном заземлении.

Рис. 49. Контурное заземляющее устройство: а - разрез; б - план;

в - распределение потенциалов

И ногда при выполнении контурного заземления внутри контура прокладывают горизонтальные полосы, которые дополнительно выравнивают потенциалы внутри контура (рис. 50).

Рис. 50. Заземляющее устройство с выравниванием потенциалов внутри контура (сетка):

а - план; б - форма потенциальной кривой

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлителем называется проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду (рис. 50).

Защитным заземляющим проводником называется проводник, предназначенный для защитного заземления.

Магистралью заземления называется защитный заземляющий проводник с двумя или более ответвлениями.