Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
30
Добавлен:
28.01.2014
Размер:
22.96 Mб
Скачать

Принцип работы защитного заземления

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасного уровня напряжений прикосновений и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потен­циалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения. близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Рассмотрим на примере принцип работы защитного заземления. Предположим. что одна из фаз, питающих электроустановку, замкнула на корпус (например, фаза C на рис. 1); при этом образуется цепь тока, проходящая через сопротивление заземляющего устройства R3 и по ней ток вели–

Рис. 1. Защитное заземление в сетях с изолированной нейтралью

а – принципиальная схема; б – схема растекания потенциала  от одиночного заземлителя

чиной I3. Падение напряжения на участке R3 согласно закона Ома равно:

U3 = I3 · R3 · α1 , (1)

где α1 – коэффициент прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой растекания тока; для одиночного горизонтального заземлителя и группового заземлителя, расположенного в ряд, α1 = 1; для группового контурного заземлителя α1 = 0,1…0,45.

Напряжение прикосновения для человека, который стоит на грунте и касается оказавшегося под напряжением заземленного корпуса, определяется по выражению:

Uh = U3 · α2 , (2)

где α2 – коэффициент прикосновения, учитывающий падение напряжения

на сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек (сопротивление пола, обуви и т.п.).

С другой стороны, падение напряжения на участке с сопротивлением тела человека согласно закону Ома определяется по формуле:

Uh = Ih · Rh , (3)

где Ih – ток, проходящий через тело человека по пути «рука–нога», А;

Rh – сопротивление тела человека, Ом; в расчетах принимается равным 1000 Ом.

Решая последнее выражение относительно Ih и учитывая (1) и (2), получают для силы тока через тело человека в случае прикосновения его к корпусу, имеющего заземление:

. (4)

Отсюда видно, что сила тока через тело человека Ih будет тем меньше,

чем меньше, с одной стороны, сопротивление заземления R3 и, с другой стороны, чем больше сопротивление тела самого человека Rh.

В отсутствии заземления корпуса прикосновение человека к последнему эквивалентно прикосновению к оголенному фазному проводу. В этом случае напряжение прикосновения Uh = Uф и, как это следует из (1) и (2), человек оказывается под фазным напряжением, а через его тело протекает ток Ih = I3, который в несколько десятков раз больше, чем при наличии заземления.

В то же время, если заземляющее устройство состоит из одиночного заземлителя, человек может подвергнуться воздействию так называемого шагового напряжения. Это связано с тем, что в месте замыкания, где расположен заземлитель, происходит растекание тока и образуется круговое поле потенциалов с максимальным значением 0 в месте замыкания. Чем дальше по радиусу от заземлителя, тем меньше потенциал в дан­ной точке.

Если ноги человека не сомкнуты вместе, то они будут иметь разные по величине потенциалы (например, 1 для правой ноги, 2 для левой ноги). В этом случае человек, даже не прикоснувшийся к корпусу электроустановки, попадает под напряжение, называемое шаговым и определяемое как разность потенциалов:

UШ = 12 = I3 · R3 · β1 , (5)

где β1 – коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой растекания тока; принимается равным β1 = 0,15…0,60.

Напряжение прикосновения аналогично выражению (2):

Uh = UШ · β2 , (6)

где β2 – коэффициент шага, учитывающий падение напряжения на сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек (сопротивление пола, обуви и т.п.).

Приравнивая друг к другу выражения (6) и (3) и решая относительно Ih, получают:

. (7)

Таким образом, через тело человека (в данном случае – через ноги) пойдет ток. Чтобы избежать это, необходимо устраивать групповой заземлитель, который состоит из нескольких одиночных заземлителей, расположенных либо в ряд, либо по контуру и соединяемых горизонтальной полосой (рис. 2).

В этом случае потенциалы соседних заземлителей накладываются друг на друга, и в зоне обслуживания электроустановки суммарный потенциал будет одинаковым и равным приблизительно 0. Следовательно, согласно выражению (5) UШ = 12 = 0.

Теоретические сведения об эффективности действия защитных

заземляющих устройств

Рассмотрим основные случаи опасности прикосновения человека к корпусу электроустановок, питающихся от понизительных трансформаторов (подстанций) в схемах трехфазных сетей. Для упрощения примем:

1) сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли одинаковы и равны RA= RB= RC= R.

2) емкости фазных проводов относительно земли одинаковы и равны CA= CB= CC= C.

В треxпроводной сети с изолированной нейтралью (рис. 3) при отсутствии заземления прикосновение человека к корпусу электроустановки при пробое какой–либо фазы на корпус эквивалентно включению человека в цепь с однофазным касанием. Ток замыкания на корпус I3 и ток, проходящий через тело человека Ih, будут равны:

EMBED CorelDRAW.Graphic.13 Рис. 2. Защитное заземление в сетях с заземленной нейтралью

а) принципиальная схема; б) схема растекания потенциала  от группового заземлителя

(8)

где Uф – фазное напряжение, В.

Рис. 3. Защитное заземление в 3-х фазной

3-х проводной сети с изолированной нейтралью

1 – электроустановка; 2 – заземлитель; 3 – проводник

Если заземление исправно (рис. 3), ток замыкания будет:

(9)

Сила тока через тело человека в данном случае определяется по формуле (4).

Наихудший случай – когда повреждена изоляция проводов, т.е. R = 0, при этом выражения (8) и (9) упрощаются, а токи, протекающие через тело

человека, значительно увеличиваются.

В четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при отсутствии заземления (рис. 4) ток замыкается через рабочее заземление R0, которое во много раз меньше сопротивления изоляции фазных проводов. Для этого случая ток, проходящий через тело человека Ih, и ток замыкания I3 определяется из выражения:

(10)

Если заземление исправно (рис. 4)

(11)

Сила тока через тело человека определяется по формуле (4).

Рис. 4. Защитное заземление в 3-х фазной

4-х проводной сети с (глухо)заземленной нейтралью

1 – электроустановка; 2 – заземлитель; 3 – проводник

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.