Защитное заземление

Цель работы: исследование эффективности защиты человека при по­мощи заземления, расчет системы защитного заземления.

Основные понятия

В промышленности используются электроустановки как низкого (до 1000 В), так и высокого напряжения (выше 1000 В). По тяжести электро­травматизм относится к наиболее опасным. По воздействию тока на чело­века можно выделить следующие пороговые значения переменного тока:

• пороговый ощутимый ток - наименьшее значение ощутимого тока (0,5-1,5 мА);

• пороговый неотпускающий ток - наименьшее значение тока, при котором человек уже не может самостоятельно освободить­ся (10-15 мА);

• пороговый смертельный ток (100 мА и более).

Основными причинами несчастных случаев от воздействия электриче­ского тока являются: случайное прикосновение или приближение на опас­ное расстояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением; появление напряжения на металлических конструкциях (корпусах, ко­жухах) в результате повреждения изоляции и других причин; появление напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки; возникновение шаго­вого напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю.

Основные меры защиты от поражения электрическим током - это обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения; электрическое разделение сети; устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах и других частях электрооборудования, что достигается применением ма­лых напряжений, использованием двойной изоляции, выравнивания по­тенциалов, защитным заземлением, занулением, защитным отключением; применением специальных электрозащитных средств, организацией безо­пасной эксплуатации электроустановок.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Защитному заземлению подлежат металлические части электроуста­новок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность. Если эти части не имеют контакта с землей, прикосновение к ним так же опасно, как к фазе.

Рис. 1 Схема заземления электроустановки: 1-электроустановка; 2-заземляющие проводники; 3-заземлитель.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя и заземляющих про­водников. Заземлители могут быть естественные и искусственные. В качестве естественных рекомендуется использовать: арматуру железобетонных кон­струкций; свинцовые оболочки кабелей; различные трубопроводы, проло­женные в земле, за исключением содержащих горючие и взрывоопасные газы и жидкости, и покрытых изоляцией для защиты от коррозии; метал­лические конструкции зданий; каркасы распределительных устройств; подкрановые пути; стальные трубы электропроводок. В качестве искусственных заземлителей применяются уголковая сталь, стальные трубы и стержни, стальные полосы и т.д. Стальные трубы обычно применяют дли­ной 200-300 см и толщиной стенок от 3,5мм и более, а полосовую сталь толщиной от 4 мм и более при ширине более 3 см.

Их общее сопротивление растеканию тока замыкания складывается из сопротивления заземлителя и заземляющих проводников. Сопротивлением последних обычно пренебрегают вследствие незначительной их величины.

В целях уменьшения величины сопротивления заземления и получе­ния его значения, не превышающего допустимого правилами устройства электроустановок (ПУЭ), заземление выполняют из ряда одиночных заземлителей, металлически объединенных в одно общее заземляющее уст­ройство. По этой причине возникает взаимное мешающее влияние расте­канию тока замыкания параллельно соединенных заземлителей, и сопро­тивление каждого из них возрастает, что учитывается в расчетах ко­эффициентом использования заземлителей η₁, всегда меньшим единицы (прил. 1, табл. 5).

При устройстве заземления из ряда стержневых заземлителей, соединенных полосой, условия стекания тока замыкания с последней отличают­ся от условий его растекания со свободно уложенной полосы, так как име­ется мешающее влияние тока замыкания, стекающего со стержневых заземлителей. Поэтому в расчет заземления вводится коэффициент исполь­зования соединительной полосы η₂, значение его приводится в прил. 1,табл. 6.

Согласно требованиям правил устройства электроустановок (ПУЭ) сопротивление защитного заземления в любое время года не должно пре­вышать:

- 4 Ом - в установках напряжением до 1000 В;

- 10 Ом - в установках напряжением до 1000 В, если мощность источника тока 100 кВт и менее.

Заземлитель выполняет роль электрического контакта с грунтом (зем­лей), который обладает свойством электрической проводимости. Это свой­ство принято называть удельным сопротивлением грунта ρ Ом·см, ко­торое равно:

ρ = ,

где r- сопротивление, Ом; F - площадь сечения, см² ; l -длина заземлителя, см.

Величина удельного сопротивления грунта зависит от его состава (структуры, наличия солей) и влажности. В приложении 1, табл.3 приведе­ны рекомендуемые для расчетов значения удельного сопротивления раз­личных грунтов.

Колебание влажности грунта влияет на его сопротивление. С увеличе­нием влажности грунта ρ уменьшается. Промерзание почвы приводит к увеличению ρ . Поэтому стержневые заземлители рекомендуется забивать на большую глубину, чем глубина промерзания почвы. Однако, учитывая, что значительная часть стержней длиной 200 или 300 см лежит в зоне, подверженной сезонным колебаниям ρ , при проектировании заземляю­щего устройства в формулы подставляются расчетные значения удельного сопротивления грунта:

ρ_ρ = ρ x K_C ,

где K_C - коэффициент сезонности, позволяющий приблизительно учесть возможное увеличение ρ при промерзании почвы. Значения коэффициен­та сезонности приведены в приложении 1, табл. 4.

Значениями коэффициента Kс₁ пользуются при максимальном количестве осадков, выпавших во время, предшествовавшее измерению.

Значениями коэффициента Kс₂ пользуются при среднем количестве осадков и К_C3 пользуются в случае незначительного количества осадков. Измерение сопротивления заземлителей растеканию тока может быть проведено различными способами; наиболее распространен метод ампер­метра-вольтметра.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА (Метод амперметра-вольтметра)

Метод основан на использовании закона Ома: r = .

Рис. 2. Схема измерения сопротивления заземляющих устройств методом амперметра-вольтметра

Вспомогательный заземлитель r_B и зонд r_З устанавливаются на та­ком расстоянии друг от друга и от испытуемого заземлителя r_X , чтобы их поля растекания не накладывались. Обычно это расстояние принимают равным: между r_X и r_З - не мене 20 м, между r_З и r_B - не менее 10 м.

Назначение вспомогательного заземлителя - создать цепь для измери­тельного тока, проходящего через вспомогательный и испытуемый зазем­литель.

Назначение зонда - получить в схеме точку с нулевым потенциалом, по отношению к которой может быть измерен потенциал испытуемого заземлителя.

По приборам (амперметру и вольтметру) снимаются величины тока и напряжения. Затем по закону Ома находится величина сопротивления ис­пытуемого заземлителя.