4. Электробезопасность

4.1. Методика расчета защитного заземляющего устройства электрооборудования

4.1.1. Общие сведения

При эксплуатации производственного электрооборудования часто возникают аварийные ситуации, связанные с нарушением целостности электроизоляции его токоведущих частей, что приводит к так называемым замыканиям последних на нетоковедущие проводящие (электропроводные) части (как правило, таковыми являются металлические корпуса или оболочки электрооборудования). При этом между корпусом аварийного электрооборудования и землей (площадка, пол, грунт и т.п.) создается разность потенциалов, т.е. электрическое напряжение, равное, например, при энергоснабжении трехфазным переменным током фазному напряжению ( , В). Если человек, стоя на земле, прикоснется к такому корпусу, то через него потечет электрический ток ( , А), величина которого по закону Ома определяется по формуле

где – активное сопротивление тела человека, Ом.

Например, при фазном напряжении 220 В и среднестатистическом сопротивлении тела человека 1000 Ом, сила электрического тока, протекающего через человека, будет равна 0,22 А, что в 2,2 раза превышает величину смертельного переменного тока промышленной частоты (50 Гц) – 0,1 А.

Учитывая невозможность идентификации человеком наличия напряжения на корпусе электрооборудования до момента прикосновения к последнему, защита от рассматриваемой опасности должна быть в постоянной готовности, независимо от наличия или отсутствия напряжения на корпусе электроприемника. Этому условию удовлетворяет система защитного заземления электрооборудования.

Защитное заземляющее устройство (далее – защитное заземление) представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землёй нетоковедущих проводящих (электропроводных) частей электрооборудования, которые в результате нарушения изоляции токоведущих частей последнего могут оказаться под напряжением по отношению к земле. Такими частями электрооборудования, как правило, являются детали его металлического корпуса.

Принцип действия защитного заземления можно объяснить следующим образом: в соответствии с законом Киргоффа (для разветвлённых электрических цепей) ток, идущий по параллельным ветвям электрической цепи «аварийный корпус – земля» при включении в неё сопротивления защитного заземления и человека распределяется обратно пропорционально величинам указанных сопротивлений, оставаясь практически неизменным в сумме. Таким образом, уменьшение сопротивления защитного заземления до величины, обеспечивающей протекание безопасной силы электрического тока через человека, обеспечит его защиту от поражения.

Безопасная сила переменного тока промышленной частоты, протекающего через человека, равна 0,6–1,5 мА.

Наибольшая величина сопротивления заземляющего устройства, обеспечивающая указанное выше условие, называется допустимым сопротивлением защитного заземления.

Защитное заземление эффективно только в том случае, когда ток замыкания на землю любого из фазных проводов трёхфазной электрической сети переменного тока не увеличивается с уменьшением сопротивления заземляющего устройства, поэтому данное средство электробезопасности применяется в качестве основной меры защиты в электрооборудовании, питающемся от электросетей с изолированной нейтралью, и в электросетях с эффективно заземлённой нейтралью, так как только в них при замыкании на землю любого из фазных проводов величина тока замыкания на землю не зависит от сопротивления заземления.

Защитное заземление применяется как в стационарно установленном, так и в передвижном электрооборудовании, используемом, например, при ремонте линий электроснабжения в полевых условиях. Согласно требованиям Правил устройства электроустановок [17] допустимое сопротивление защитного заземления (R_доп, Ом) электрооборудования, подключённого к электросети с изолированной нейтралью (система IT) напряжением менее 1 кВ, должно соответствовать условию:

где – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В; – расчётный ток замыкания на землю, А.

При этом, как правило, в электросетях напряжением менее 1 кВ не требуется принимать значение допустимого сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается обеспечивать сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность источника электроэнергии (электрогенератора или трансформатора) меньше или равна 100 кВА.

Допустимое сопротивление заземляющего устройства электрооборудования, питающегося электросетью системы напряжением более 1 кВ определяется по выражению (4.3), но не более 10 Ом:

Допустимое сопротивление заземляющего устройства электрооборудования, питающегося электросетью с эффективно заземленной нейтралью напряжением более 1 кВ должно быть равно 0,5 Ом.

При отсутствии информации о величине расчетного тока замыкания на землю допускается принимать допустимое сопротивление защитного заземления равным 0,5 Ом.

На практике с допустимой погрешностью, причем с ужесточением требований электробезопасности, применяется следующий способ определения величины допустимого сопротивления защитного заземления, используемого в качестве основной меры защиты персонала от поражения электрическим током: при напряжении в питающей электросети ≤ 1 кВ и мощности энергоисточника (электрогенератора или трансформатора) более 100 кВА R_доп = 4 Ом; при напряжении в питающей электросети ≤ 1 кВ и мощности энергоисточника ≤ 100 кВА R_доп = 10 Ом; при напряжении в питающей электросети более 1 кВ и мощности энергоисточника более 100 кВА R_доп = 0,5 Ом.