4.2.6. Нормирование параметров защитного заземления

Электробезопасность будет достигнута, если напряжение, под которым человек может оказаться, прикасаясь к заземленным открытым проводящим частям (напряжение прикосновения) или только стоя на земле, не прикасаясь к открытым проводящим частям (шаговое напряжение), не будет превышать допустимых значений напряжений.

В соответствии с выражениями (4.6), (4.8) и (4.10) можно нормировать значения α₁, α₂, β₁, β₂, I_з и R_з. Значения α₁, α₂, β₁ и β₂ зависят от многих, порой трудно учитываемых, факторов. Поэтому в соответствии с ПУЭ нормируются значения R_з с учетом токов замыкания на землю I_з, рабочего напряжения установок U и мощности источников тока.

Сопротивление заземляющего устройства защитного заземления в системе TN, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должны 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.

Сопротивление R заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе IT должно удовлетворять условию:

, (4.11)

где R – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

U_пр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В в помещениях без повышенной опасности и 25 В в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках для переменного тока;

I_з – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение R < 4 Ом. Допускается R до 10 Ом, если соблюдено выше приведенное условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ·А, в том числе суммарная мощность генераторов и трансформаторов, работающих параллельно.

Сопротивление заземляющего устройства защитного заземления в системе ТТ должно соответствовать условию:

R_аI_а ≤ 50 В, (4.12)

где R_а – суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, Ом;

I_a – ток срабатывания защитного устройства, А.

4.2.7. Связь между заземляющими устройствами нескольких аналогичных установок

Защитные заземляющие устройства аналогичных электроустановок, получающих энергию от одной и той же сети с изолированной нейтралью, целесообразно соединять электрически или выполнять их как одно целое. Дело в том, что при замыкании на корпус разных фаз в двух установках, имеющих раздельные заземляющие устройства (рис. 4.6) возникает двойное замыкание на землю.

При двойном глухом замыкании на землю эффек­тивность заземления резко снижается, так как ток замыкания на землю зависит от величины сопротивлений тех заземляющих устройств, кото­рые участвуют в цепи замыкания.

Рис. 4.6. Схема двойного глухого замыкания на землю

В случае замыкания на корпус 1 фазы А и на корпус 2 фазы В через заземления с сопротивлениями R_з1 и R_з2, не соединенные между собой, будет протекать ток замыкания на землю, который определяется по закону Ома:

, (4.13)

где и – напряжения фаз А и В относительно земли;

R_з1 и R_з2 – сопротивления заземляющих устройств установок 1 и 2 соответственно, Ом.

При этом

, (4.14)

где U_ab – напряжение между фазами А и В, то есть линейное напряжение сети, В.

Тогда ток замыкания определится из выражения

(4.15)

или модуль тока замыкания на землю

, (4.16)

где U – фазное напряжение сети, В.

Напряжения поврежденных фаз и корпусов, на которые про­изошло замыкание, относительно земли можно определить как па­дения напряжения в сопротивлениях заземлений R_з1 и R_з2:

; . (4.17)

Подставив в эти выражения значения тока замыкания на зем­лю, получим:

, (4.18)

, (4.19)

где U_ab – линейное напряжение сети, В.

Эти выражения показывают, что напряжения каждой из двух поврежденных фаз и заземленных корпусов относительно земли яв­ляются частью линейного напряжения, которое делится пропорцио­нально сопротивлениям R_з1 и R_з2. Если уменьшить сопротивление любого заземлителя, напряжения относительно земли перераспре­деляются, но одно из них остается опасным.

При равенстве R_з1 и R_з2 напряжения, возникшие на заземлённом оборудовании обеих установок, оказываются одинаковыми:

. (4.20)

Такое напряжение на заземлённых элементах установок опасно в отношении поражения током, тем более что двойное замыкание в этом случае может существовать длительно.

Например, в сети напряжением 380 В произошло двойное замыкание на зем­лю. Сопротивление заземлителя R_з1 = R_з2 = 4 Ом. Ток замыкания на землю

Напряжение заземленных корпусов относительно земли

U_aз=U_bз=47,5·4=190 В.

В процессе эксплуатации второго заземлителя его сопротивление увеличилось до 16 Ом, ток замыкания на землю уменьшился до 19 А, а напряжения корпусов относительно земли перераспределились: U_aз=76 В; U_bз=304 В.

Если же заземляющие устройства установок 1 и 2 соединить с помощью металлических шин или заземлители их выполнить как одно целое, то двойное замыкание на землю превратится в короткое замыкание между фазами, что вызовет быстрое отключение электроустановок от сети максимальной токовой защитой, т.е. обеспечит кратковременность аварийного режима. Вместе с тем в течение аварийного периода резко уменьшится напряжение на оборудовании, так как при этом значительно увеличится падение напряжения в сопротивлениях обмоток трансформатора и фазных проводов вследствие прохождения через них большого тока короткого замыкания.

При невозможности соединить заземляющие устройства (из-за больших расстояний и по другим причинам) необходимо оснастить эти установки релейной защитой от однофазных или двойных замыканий на землю.