17.8. Защитное заземление

Защитное заземление должно обеспечить защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Защитное заземление выполняют путем преднамеренного соединения (металлическими проводниками) нетоковедущих частей электроустановок с «землей» (рис. 17. 11) или ее эквивалентом (ГОСТ 12.1.030—81 «ССБТ. «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление»).

Рис. 17.11. Принципиальная схема защитного заземления (а); эквивалентная схема (б)

☻Принцип действия защитного заземления — снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникающих при замыкании фазы на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования φ= I₃R₃ (в силу малого сопротивления заземляю щего устройства 4...10 Ом), а также выравниванием потенциалов заземленного оборудования и основания (за счет уве-"личения потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к потенциалу заземленного оборудования). В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные: металлические и железобетонные конструкции зданий, которые должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу. В железобетонных конструкциях должны предусматриваться закладные детали для подсоединения (с помощью проводников) к корпусам электрооборудования. При выполнении искусственных заземляющих устройств применяют стальной прокат длиной 2.5...3 м (трубы, уголки, полосовая сталь, сталь круглого сечения). Соединения одиночных заземлителей выполняют стальной полосой сечением 4×40 мм или профилем круглого сечения диаметром 6 мм и более. Типы заземляющих устройств. Различают контурное и выносное заземляющие устройства. При контурном заземлении одиночные за-землители располагаются равномерно по периметру площадки, на которой размещено оборудование, подлежащее заземлению. Внутри защищаемого контура достигается выравнивание потенциалов земли, что определяет минимальные значения напряжения прикосновения и шагового напряжения (рис. 17. 12).

Выносное заземляющее устройство размещается вне площадки, где располагается заземляемое оборудование, поэтому выравнивание потенциалов земли и корпусов заземленного оборудования достигается в меньшей степени. Выносное заземление применяют при малых значениях тока замыкания на землю в установках напряжением до 1000 В, где потенциал заземлителя не выше допускаемого напряжения прикосновения.

В качестве естественных заземлителей можно также использовать водопроводные трубы и любые другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих газов, жидкостей, а также трубопроводов, покрытых изоляцией); обсадные трубы артезианских скважин

Рис. 17.12. Схема заземляющего устройства: 1—расположение заземлителей в плане

Допускаемые значения сопротивления заземляющих устройств регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Для электроустановок напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали трансформатора (генератора) сопротивление защитного заземления должно быть не более 4 Ом, при мощности N трансформатора более 100 кВ-А и не более 10 Ом при М< 100 кВ-А. Для электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью сопротивление R₀, к которым присоединены нейтрали трансформаторов (генераторов), должны быть в любое время года 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.

При удельном сопротивлении земли р более 100 Ом допускается увеличение указанных норм в 0,01 р, но не более десятикратного.

☺ Принцип защиты от поражения человека током при наличии защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью. При наличии пробоя на корпус электродвигателя на последнем появляется напряжение, равное произведению тока замыкания на землю I₃ на сопротивление заземлителя R₃ т. е.

Рассмотрим цепь тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью (см. рис. 17. 1 1, а). Ток проходит по электрической цепи, включающей следующие элементы: корпус двигателя, сопротивление заземлителя R₃, землю, сопротивление изоляции двух неповрежденных фаз с общим сопротивлением R_из Сопротивления фазных проводов и статорной обмотки электродвигателя малы (десятые доли ома) и в расчет не принимаются. На участке АБ (см. рис. 17. 11, б) эквивалентной схемы ток /, разветвляется и идет по двум параллельно соединенным сопротивлениям R_чел=1000 Oм,R₃≤ 10 Ом. По этим сопротивлениям ток течет по двум параллельным ветвям под действием напряжения, равного напряжению прикосновения или

где α₁ — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму кривой распределения на поверхности земли. При групповом контурном заземляющем устройстве, выполненном из стержней и полос, максимальные значения α₁ =0,1. ..0,35; α₂ — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек. В упрощенном виде сса определяют по зависимости

где R _чел — сопротивление тела человека; ρ— удельное сопротивление грунта, Ом-м. В зависимости от свойств грунта α₂ изменяется в пределах 0,31. ..0,9.

Таким образом, при U_ф = 220 В максимальные напряжения прикосновения при грунтовом заземлителе будут находиться в пределах от 6,82 до 70 В.

Принимая во внимание реальные размеры, форму кривой распределения потенциалов на поверхности земли при стекании тока в землю с группового

заземлителя и рассматривая установки напряжением до 1000 В, можно утверждать, что значение напряжения прикосновения будет безопасным для человека.

Как показала практика, при R₃≤4Ом в сетях напряжением до 1000 в напряжение прикосновения не превышает 12 В. Малое значение напряжения прикосновения обеспечивает безопасность человека при соприкосновении с электрическим поврежденным и заземленным оборудованием. Значение тока, проходящего через человека, определяется напряжением прикосновения

.

Такой ток является безопасным для человека.

Применение заземления. Защитному заземлению подлежат все металлические нетоковедущие части оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных заземлению подлежат установки напряжением 42...380 В переменного тока и от 110 до 440 В — постоянного тока. Во всех случаях заземлению подлежат электроустановки напряжением 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше — постоянного тока.