Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус.

Электрическое замыкание на корпус – это случайное соединение токоведущей части с металлическими частями электроустановки.

Задача защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Область применения защитного заземления – трехфазные сети до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Принцип действия защитного заземления – снижение 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 величине к потенциалу заземленного оборудования.

Явления, протекающие при стекании тока в землю. Напряжения прикосновения и шага

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей и сопровождается резким снижением потенциала заземлившейся токоведущей части до значения _з(В), равного произведению тока, стекающего в землю (I_З ) на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути R_З (Ом): _з(В)= I_З* R_З.

Это явление благоприятно по условиям безопасности, используется как мера защиты от поражения током при случайном появлении напряжения на металлических токоведущих частях, которые с этой целью заземляют. Однако наряду с понижением потенциала заземлившейся токоведущей части происходят и отрицательные явления – появление потенциалов на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю, что может представлять опасность для жизни человека.

Рассмотрим распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя (рис.).

Рис.10.8. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя.

_з – снижение потенциала заземлившейся токоведущей части;

I _З - ток, стекающий в землю;

r - радиус заземлителя;

x - расстояние от заземлившейся токоведущей части;

= _з - кривая зависимости изменения потенциала на поверхности земли для шарового заземлителя.

Максимальный потенциал будет при наименьшем значении Х, то есть непосредственно на заземлителе (Х=r).

Минимальный потенциал, то есть будет иметь точка, лежащая в бесконечности, то есть при Х= .

Практически это расстояние начинается с 20 м от заземлителя. Распределение потенциала на поверхности земли зависит от формы заземляющейся.

Напряжение прикосновения U_пр – разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек, то есть падение напряжения в сопротивлении тела человека.

U_пр=I _h * R _h;

;

Расссмотрим напряжение прикосновения при одиночном заземлителе (рис.10.9).

Рис.10.9. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:

1. потенциальная кривая; 2 – кривая, характеризующаяся

изменением напряжения прикосновения Uпр при изменении

расстояния от заземлителя х.

Напряжение прикосновения характеризуется отрезком АВ и зависит от формы потенциальной кривой и расстояния Х. Чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше U_пр и наоборот.

При Х=20 (в точке 1) U_пр имеет наибольшее значение U_пр = _з , а=1. Это наиболее опасный случай прикосновения. Когда человек стоит непосредственно на заземлителе (точка 2) Х=0, U_пр =0, а=0 – это безопасный случай – человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он и находится под потенциалом _з. При других значениях Х в пределах от 0 до 20 (точка 3) U_пр плавно возрастает от 0 до _з , а значение а=0-1.

Напряжение шага U_ш – разность потенциалов _х и _{х +а} двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся одна от другой на расстоянии шага и на которых стоит человек (а 0,8 м).

U_{ш= х} - _{х +а ;} U _{ш =} R _h* I _h ,

где I _h – ток, проходящий через человека по пути нога-нога, А.

Рис.10.10. Шаговое напряжение