7.4. Защитные меры в электроустановках

7.4.1. Защитное заземление

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических частей, которые могут оказаться под напряжением.

Металлические части электрооборудования могут оказаться под напряжением при пробое изоляции и замыкании фазы питания на корпус. Если корпус не имеет контакта с землей, то прикосновение к нему равносильно прикосновению к фазе. Если корпус заземлен, то на корпусе окажется напряжение, зависящее от сопротивления заземлителя.

U_з = I_зR_з, (7.6)

где I_з – ток замыкания на корпус;

R_з – сопротивление заземлителя.

Человек, касающийся этого корпуса, попадает под напряжение прикосновения.

U_пр = U_з·, (7.7)

где – коэффициент напряжения прикосновения.

Ток через человека при прикосновении к заземленным токоведущим частям, оказавшимся под напряжением, определяется выражением:

(7.8)

с учетом выражения (7.8) получим:

(7.9)

Коэффициент зависит от расстояния между точкой, на которой стоит человек, и заземлителем. Если человек стоит над землей выше заземлителей,= 0 и напряжение прикосновения и ток, проходящий через человека ,равен нулю. Если человек стоит вне поля растекания (более 20 м от заземлителя),=1 и человек попадает под напряжение прикосновения, равное напряжению U₃ относительно земли.

Из выражения (7.9): чем меньше R₃, тем меньше величина тока, прошедшего через тело человека.

Значения сопротивления заземлителя R₃, в соответствии с Правилами устройств электроустановок (ПУЭ), для установок с напряжением питания до 1000 В должно быть не более 4 Ом, свыше 1000 Вт – 10 Ом и также зависят от мощности установок и вида нейтрали.

7.4.2. Защитное зануление

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяется в трехфазных четырехпроводных сетях до 1000 В с заземленной нейтралью.

При занулении корпус электрооборудования соединяют с нулевым роводом (рис. 7.4).

Зануление используется также при защитном отключении, превращая замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает автоматическая защита и отключается поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю.

Токовой защитой являются: плавкие предохранители, магнитные пускатели, автоматы с комбинированными расцепителями.

При замыкании на корпус при занулении ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотки трансформатора, фазный провод, нулевой провод и устройство токовой защиты.

Рис. 7.4. Принципиальная схема зануления

Величина тока короткого замыкания определяется фазным напряжением цепи короткого замыкания:

(7.10)

где U_ф – фазное напряжение, В;

Z_т – сопротивление обмоток трансформатора, Ом;

Z_п – сопротивление петли фаза – нуль, Ом.

Сопротивление обмоток трансформатора зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения его обмоток.

Напряжение на корпус относительно земли при наличии зануления определяются по зависимости:

U_к = I_з R_п, (7.11)

где R_п – сопротивление заземления нулевого провода при занулении, Ом.

Ток замыкания на землю определяется из выражения:

(7.12)

где U_к – падение напряжения на корпусе токоприемника, равное падению напряжения на участке последовательно соединенных двух сопротивлений; R_о, R_п – сопротивление заземления нейтрали трансформатора.

R_о – сопротивление заземления нейтрали трансформатора (рис. 7.4.1).

Таким образом, повторное заземление нулевого провода в период замыкания фазы на корпус снижает напряжение относительно земли при занулении электрооборудования.