Защитное заземление. Защитным заземлением электрической установки называют преднамеренное соединение ее нетоковедущих частей с заземляющим устройством

Защитным заземлением электрической установки называют преднамеренное соединение ее нетоковедущих частей с заземляющим устройством, представляющим собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Оно широко используется в электроустановках, работающих в сетях с изолированной нейтралью. При этом осуществляется непосредственная металлическая связь корпусов электрооборудования с землей (см. рис. 5.1, б), имеющая своей целью предельно ограничить разность потенциалов, которая может воздействовать на человека, одновременно соединенного с землей и корпусом.

Роль защитного заземления рассмотрим на примере схемы (рис. 5.2). Буквой Собозначена емкость фазы кабельной или воздушной сети относительно земли, а буквой R обозначено актив­ное сопротивление фазы. Человек, прикоснувшийся к корпусу двигателя в момент, когда произошло замыкание на корпус одной из фаз при отсутствии заземления, подвергается действию фазного напряжения (рис. 5.2, а). Для устранения такой опасности корпус двигателя следует надежно заземлить (рис. 5.2, б). В этом случае при пробое изоляции одной из фаз на корпус двигателя последний оказывается по отношению к земле под напряжением

U₃=I₃R₃

Напряжение U₄, прикладываемое к телу человека, и ток I₄, протекающий через него (рис. 5.2, в), соответственно равны

U₄ = I₄R₄ = I₃ R₃,, I₄ = I₃ R₃/R₄

где I₃ — сила тока, проходящего через заземляющее устройство; R₄ — сопротивление тела человека; Rз — сопротивление заземляющего устройства.

К частям силового электрооборудования, подлежащим заземлению (рис. 5.3), относят:

корпуса электрических машин, трансформаторов и аппаратов;

приводы электрических аппаратов;

вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

Рис. 5.2. Схемы к пояснению роли защитного заземления

каркасы распределительных щитов, шкафов и пультов управления;

металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции;

металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и брони контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, стальные трубы для проводов электросети и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования;

Рис. 5.3. Устройство сети заземления:

а — с изолированной нейтралью; б — электродвигателей; в — сварочного трансформатора; г — трансформатора с изолированной нейтралью

металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников.

Заземлению не подлежит электрооборудование, которое по характеру своего расположения и способу крепления имеет надежный контакт с другими заземленными металлическими частями установки:

оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях (при этом на опорных поверхностях должны быть предусмотрены зачищенные и незакрашенные места);

корпуса электроизмерительных приборов, реле и т.п., установленных на щитах, шкафах и пультах;

съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах любых электроконструкций.

Вместо заземления отдельных электродвигателей и аппаратов на станках и других механизмах допускается непосредственное заземление станин станков и механизмов при условии обеспечения надежного электрического контакта между корпусом электрооборудования и станиной.

Если выполнение заземления, удовлетворяющего всем требованиям ПУЭ, невозможно по условиям технологического процесса (например, в зоне обслуживания электролизных ванн алю­миниевых и других заводов) или представляет значительные трудности, то взамен его допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок. Последние должны быть выпол­нены так, чтобы прикосновение к представляющим опасность незаземленным частям было возможно только с этих площадок. Должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрооборудования и к частям зданий или оборудования, имеющим соединение с землей.

Для защиты от перехода высокого напряжения в сеть низкого напряжения при пробое изоляции обмоток трансформаторов в этих установках обмотку трансформатора заземляют через пробивной предохранитель. В случае попадания тока высокого напряжения в сеть тока низкого напряжения происходит электрический пробой пробивного предохранителя и обмотка низшего напряжения трансформатора оказывается заземленной.

В качестве естественных заземлителей используют: свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, галереи, площадки и т.п.); стальные трубы электропроводок; обсадные трубы скважин; металлические, стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации и центрального отопления.

Если естественных заземлителей нет или их использование не дает нужных результатов, то применяют искусственные заземли-тели в виде стержней из угловой или круглой стали и из

газоводопроводных труб.

Выбор угловой стали зависит от характера грунта и способа забивки стержней. Газовые трубы для стержней применяют диаметром 2 дюйма в твердых и средних грунтах и ¹/₂ дюйма — в мягких, причем в целях экономии используют, как правило, некондиционные трубы. Длину стержней и глубину их заложения выбирают в зависимости от климатических условий.

Для грунтов, кроме вечномерзлых и скалистых, рекомендуется применять для заземлителей круглую сталь диаметром 12 мм. Освоена технология быстрого погружения в грунт стержней из этой стали длиной до 5 м (с помощью электродрелей и вибрационным способом). Применение таких стержней вместо стержней из угловой стали 50x50x5 мм длиной 2,5...3,0 м экономит время и снижает трудоемкость монтажных работ, а также дает значительную экономию металла благодаря тому, что у стержня из стали диаметром 12 мм и длиной 5 м сопротивление растеканию тока примерно в 2 раза меньше, чем у стержня из угловой стали размером 50x50x5 мм длиной 3 м.

В качестве заземляющих проводников применяют главным образом круглую сталь диаметром 5 (внутри здания) и 6 мм (в земле); полосовую сталь сечением 24 (внутри здания) и 48 мм² (в земле) при толщине 4 мм.

Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземли-телю в разных местах.

Работа заземляющих устройств связана с растеканием тока с заземлителей в землю. При пробое изоляции токоведущих частей на корпус заземленного электрооборудования заземляющее уст­ройство получает потенциал

φмах ⁼ I_з R₃

Рис. 5.4. Схема распределения потенциалов при растекании тока в земле с одиночного вертикального заземлителя

По мере удаления от заземляющего устройства потенциал поверхности земли по отношению к точке с нулевым потенциалом снижается. Зависимость потенциала ф от расстояния до заземлите-ля определяется типом заземлителя и свойствами грунта, в котором расположен заземлитель При расстоянии 15...20 м от заземлителя потенциал ф равен нулю (рис. 5 4).

Если к заземлителю подходит человек, то его ноги находятся в точках земли с разными потенциалами (обычно длина шага 0,8 м), вследствие чего через тело человека проходит электрический ток. Человек в этом случае находится под действием напряжения шага, которое увеличивается по мере приближения к заземлителю и при увеличении длины шага.

Напряжение шага

U_ш=φ₁-φ₂

где φ₁, и φ₂— потенциалы точек, находящихся друг от друга на расстоянии шага.

Напряжение шага считается безопасным, если оно не превышает 40 В. Реально оно представляет опасность для человека лишь в сетях с напряжением более 1000 В. В этом случае для защиты от шагового напряжения применяют диэлектрические боты. А в случае попадания человека под напряжение шага, он должен срочно выйти из опасной зоны малыми шажками или прыжками на одной ноге.