Введение

Среди несчастных случаев на производстве одно из первых мест занимают электротравмы.

Основными причинами поражения человека электрическим током на производстве являются прикосновения к токоведущим частям электрооборудования, которые могут случайно оказаться под напряжением при замыкании на них одной из фаз сети в результате повреждения изоляции проводов, обмоток электрических машин, кабелей и т. п.

Для защиты от поражения электрическим током при прикосновении к частям электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции или по другим причинам, применяют защитные зануление и заземление.

Настоящие методические указания предлагают освоить эти средства защиты и эффективность их действия на конкретных практических примерах и простой схеме электрической цепи.

1 Меры электробезопасности

1.1 Защитное заземление

Защитное заземление используется для устранения опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования.

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

Электрическое сопротивление такого соединения должно быть минимальным (не более 4 Ом для сетей с напряжением до 1000 В и не более 10 Ом для остальных). При этом корпус электроустановки и обслуживающий ее персонал будут находиться под равными, близкими к нулю, потенциалами даже при пробое изоляции и замыкании фаз на корпус.

Принцип действия защитного заземления заключается в снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали (рисунок 1).

3

Р исунок 1 – Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше;

б – в сети с заземленной нейтралью до 1000 В и выше;

1 – заземленное оборудование; 2 – заземлитель защитного заземления;

3 – заземлитель рабочего заземления; r_з, r₀ – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений; I_з – ток замыкания на землю;

Z₁, Z₂, Z₃ – сопротивление изоляции проводов

Основные понятия:

замыкание на землю – случайное электрическое соединение частей электроустановки, находящейся под напряжением, с конструктивными частями ее, имеющими связь с заземлителем или непо­средственно с землей;

замыкание на корпус – возникновение электрической цепи между токоведущими частями электроустановки, находящимися под напряжением, и корпусом вследствие неисправности изоляции;

напряжение прикосновения – напряжение, под которое попадает стоящий на грунте человек, прикасающийся к корпусу оборудования, находящемуся под напряжением.

Напряжение прикосновения (U_пр) для человека, стоящего на земле и касающегося руками оборудования, имеющего связь с землей, например, через заземление, определяется выражением:

U_пр= , (1)

где – потенциал рук;

– потенциал ног.

Потенциал рук равен потенциалу на корпусе установки ( ), которого работающий касается, а ног ( )– потенциалу основания (земли), на котором он стоит, то есть:

U_пр= , (2)

где U_к – напряжение на корпусе оборудования относительно точки поверхности земли, находящейся вне растекания тока замыкания на землю;

– коэффициент напряжения прикосновения, учитывающей форму потенциальной кривой и зависящий от типа заземления и расстояния от заземлителя;

коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падения напряжения на прикосновение опорной поверхности ног.

Коэффициент напряжения прикосновения рассчитывается по формуле:

(3)

Коэффициент напряжения прикосновения рассчитывается по формуле (4), если ноги располагаются на расстоянии шага:

(4)

Если ноги располагаются рядом, то :

(5)

где R_ч – сопротивление цепи руки-ноги.

Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя. За пределами зоны растекания тока напряжение прикосновения равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли.

сопротивление растеканию – сопротивление, оказываемое почвой току, растекающемуся с заземлителя в землю. Сопротивление растеканию зависит от минерального состава грунта, его влажности и других факторов;

сопротивление заземления – сопротивление растекающемуся электрическому току, оказываемое землей, электродами и системой заземляющих проводников.

напряжение шага – напряжение, которое связано с изменением потенциала земли при стекании тока на землю. При нахождении человека в зоне с изменяющимся потенциалом земли каждая из его ног оказывается под разным напряжением. Напряжение шага (U_ш) определяется по формуле:

, (6)

где – потенциал ноги, находящейся на расстоянии х от места стекания тока;

– потенциал ноги, находящейся на расстоянии х+а от места стекания тока;

а – величина шага.

Задача при конструировании и расчете защитного заземления состоит в том, чтобы сопротивление заземляющего устройства не превышало величин, установленных правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

ПУЭ установлены максимально допустимые значения сопротивлений заземлений (таблица 1), превышение которых может вызвать опасность поражения людей электротоком.

Таблица 1 – Минимально допустимые значения сопротивлений заземлений

№	Характеристика установок	Наибольшие допустимые сопротивления заземления, Ом
1	Установка с глухим заземлением нейтрали
	а) заземление нейтрали генераторов и трансформаторов мощностью 100кВА и ниже	10
	б) то же мощностью более 100 кВА	4
	в) повторное заземление нулевого провода	10
	г) то же в сетях, для которых допущено сопротивление заземления нейтрали генераторов и трансформаторов 10 Ом	30 при числе заземлений не менее 3
2	Защитное заземление в установках с изолированной нейтралью
	а) при мощности генераторов а трансформаторов 100 кВА и менее б) в остальных случаях	10
3	ВЛ напряжением до 1000В
	Заземление крючьев и штырей фазных проводов, штырей и арматуры железобетонных опор в се­тях с изолированной нейтралью	50
	Заземление металлических оттяжек	10

Различают два типа заземляющих устройств: выносное (сосредоточенное) и контурное (распределенное).

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки размещения заземляемого оборудования, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Недостаток выносного заземления – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего коэффициент прикосновения α=1 и, следовательно, напряжения прикосновения , равно потенциалу заземленных конструкций φ_З (В) т.е.:

, (7)

где – сила тока замыкания на землю, А;

R_З – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

– потенциал заземленных конструкций, В.

Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низи­нах и т.п.).

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000 В.

Контурное заземление – размещение одиночных заземлителей по контуру (периметру) площадки размещения заземляемого оборудования, а также внутри этой площадки. Часто одиночные заземлители располагаются по площадке равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Напряжение прикосновения (U_пр) и шаговое напряжение (U_ш) имеют при этом небольшие значения по сравнению с потенциалом заземленных конструкций (φ_з). Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад φ_з. Чтобы исключить в этих местах опасные шаговые напряжения, по краям контура за его пределами, укладывают в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, соединенные с заземлителем. Благодаря этому спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит через металлические конструкции, трубопроводы, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.