Защитное заземление

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей металлических частей оборудования (например, корпуса), которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции токоведущих частей оборудования и по другим причинам (рис. 2).

Рис. 2 - Электрическая схема защитного заземления в трехфазных и двухпроводных сетях

Принцип действия защитного заземления заключается в уменьшении опасности электропоражения за счет снижения напряжения на заземленном корпусе (при замыкании на него питающего напряжения по отношению к земле) до значения U_к = I_з х R_з и выравнивания потенциалов между корпусом установки и землей за счет подъема потенциала земли (основания, на котором стоит человек), возникшего в результате растекания в нем тока.

Таким образом, напряжение, действующее на человека в данном случае (напряжение прикосновения) будет равно разности потенциалов на корпусе установки (потенциал рук ( ) и на основании (потенциал ног ).

U_пр = - = (1- / ).

Так как потенциал рук = U_к = I_зR_з, напряжение прикосновения при заземленном корпусе станет равно

U_пр = I_зR_{з ,}

где - коэффициент напряжения прикосновения, равный 1- / и зависящий от разности потенциалов на корпусе установки и основании (на земле).

В связи с тем, что потенциал на поверхности грунта уменьшается в зависимости от расстояния до заземлителя (места стекания тока в землю) по гиперболическому закону (рис. 3), то по мере удаления от места заземления разность потенциалов между корпусом и основанием будет увеличиваться и в зоне электротехнической земли (расстояние равно около 15-20 м), где потенциал на основании (поверхности грунта) приблизительно равен нулю, она станет равной напряжению на корпусе. В этом случае коэффициент напряжения прикоснове ния = 1, а U_пр = U_к = I_зR_з

Зона, в пределах которой потенциалы на поверхности грунта не равны нулю, называется зоной растекания тока (рис. 3).

Рис. 3 - Гиперболический закон распределения потенциала на основании земли в зависимости от расстояния до заземления

Для того, чтобы обеспечить достаточно безопасное значение напряжения прикосновения ( = 36 В для 50 Гц при t > 1 с) необходимо, как видно из последнего выражения, уменьшить значение сопротивления заземляющего устройства R_з (или R_з.у.).

Значение сопротивления заземления не должно превышать в электроустановках до 1000 В 4 Ом во всех случаях и 10 Ом при суммарной мощности источников напряжения сети до 100 кВхА.

Чтобы получить заземление, обеспечивающее безопасность, применяют сложные групповые заземлители.

Если расстояние между отдельными электродами (одиночными заземлителями) меньше 20 м, то их поля растека­ния накладываются, то есть они экранируют друг друга (рис. 4).

Рис. 4 - Экранирование единичных заземлителей группового заземляющего устройства

Общее сопротивление группового заземлителя определяется как сопротивление всех параллельно соединенных одиночных заземлителей с учетом экранирования

,

где - сопротивление одиночного заземлителя;

n- количество одиночных заземлителей;

- коэффициент экранирования, учитывающий взаимное экранирование (определяется по справочным таблицам).

Заземляющие устройства (заземления) бывают двух типов:

· выносные;

· контурные (распределительные) или выполненные в ряд.

Выносные заземления устраиваются при отсутствии возможности разместить заземлитель в пределах защищаемой площадки, высоком сопротивлении грунта на этой территории и на­личии на сравнительно небольшом удалении мест с повышенной проводимостью, а также при рассредоточенном размещении заземляемого оборудования.

При выносном заземлителе коэффициент напряжения прикосновения ( ) близок или равен единице, то есть заземление защищает в данном случае только за счет малого сопротивления заземления, поэтому этот тип заземлителя следует применять при малых токах замыкания на землю (I_з).

К достоинству выносных заземлений можно отнести возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное (распределенное) заземляющее устройство применяют в случаях, когда необходимо выровнять потенциал на защищаемой площадке с возможными потенциалами на заземленных частях оборудования и тем самым уменьшить напряжение прикосновения (а также напряжение шага) до допустимых значений.

Для заземления электроустановок в первую очередь должны использоваться естественные заземлители:

· водопроводные и другие трубопроводы, проложенные в земле (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей);

· металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;

· свинцовые оболочки кабелей, проложенные в земле;

· нулевые провода воздушных линий напряжением до 1000 В;

· рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и др.

Защитное заземление применяется в сетях, изолированных от земли (трехфазные, трехпроводные сети с изолированной от земли нейтралью, двухпроводные сети переменного и постоянного тока с изолированными от земли проводами и полюсами).

Заземлению подлежат корпуса электрооборудования:

· во всех случаях при величине номинального напряжения переменного тока 380 В, постоянного - 440 В и выше;

· при номинальных напряжениях, равных и выше переменного тока 42 В, постоянного - 110 В в помещениях с повышенной и особой опасностью поражения электрическим током, а также в наружных условиях;

· во взрывоопасных помещениях при любых значениях постоянного и переменного напряжения.