Нормирование сопротивления защитного заземления

При напряжении до 1000 В защитное заземление выполняется только в сетях с изолированной нейтралью. Сеть с изолированной нейтралью применяется в непротяженных сетях (когда емкостное сопротивление проводов относительно земли небольшое), а также в местах повышенной электроопасности: в сырых помещениях, подвалах.

Защитным заземлением какой либо части электроустановки или конструкции называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

Принцип действия защитного заземления состоит в снижении напряжения прикосновения до безопасного значения. Поясним это на примере, причем возьмем наихудший случай по опасности поражения человека электрическим током, т.е. когда сопротивление изоляции наименьшее (обрыв провода, разбитый изолятор, мокрая опора и т.п.) и когда электрооборудование находится на расстоянии больше 20 м от заземлителей (рисунок 3.5). В случае замыкания фазы на корпус потечет ток I по цепи: обмотка трансформатора, провод, корпус электрооборудования, заземляющее устройство, земля, изоляция, второй провод, обмотка трансформатора, .

Рисунок 3.5 - Схема защитного заземления:

а - принципиальная схема; б - схема замещения

Напряжение прикосновения определяется как разность потенциалов на корпусе оборудования и поверхности земли , на которой стоит человек. Когда заземлители находятся на расстоянии больше 20 м от оборудования потенциал = 0 и разность потенциалов - равна

падению напряжения на заземляющем устройстве:

, (3.4)

Из формулы (3.4) следует: чем меньше сопротивление заземляющего устройства , тем меньше напряжение прикосновения .

По правилам устройства электроустановок [1] сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования, должно быть не более 4 Ом.

При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом.

Поэтому, при наличии защитного заземления, даже в самом худшем случае (обрыве провода и падении его на землю) напряжение прикосновения будет небольшим, например, при = 380 В, = 4 Ом, = 100 Ом,

= 380 / (1 + 100 / 4) = 15 В, т.е. безопасно.

Если заземлители будут расположены к оборудованию ближе 20 м, то потенциал будет больше нуля и напряжение будет еще меньше.

Задача 3.6.1

Для откачивания воды из карьера используется насос. Электродвигатель насоса подключен на три фазы к сети через предохранители. Сеть с изолированной нейтралью, линейное напряжение 380 В. Корпус насоса заземлен, сопротивление защитного заземления R_з = 10 Ом. Расстояние от насоса до защитного заземления 20 м. Фаза “B” сети оборвана и касается земли. Сопротивление фазы “B” относительно земли (сопротивление изоляции) R_из = 100 Ом. Сопротивление каждого из фазных проводов равно 2 Ом (т.е. R_a = R_b = = R_c = 2 Ом). Фаза “A” касается корпуса двигателя насоса, т.е. на корпусе насоса появилось напряжение. Человек стоит на деревянном настиле и одной рукой касается корпуса насоса. Сопротивление тела человека прохождению тока R_чел = 1 кОм, сопротивление обуви R_обуви = 3 кОм, пола R_пол = 4 кОм.

Нарисовать электрическую схему, показать путь тока, рассчитать ток, проходящий через предохранитель I_{предохр} и ток, протекающий через тело человека I_чел. Сделать вывод об опасности поражения человека электрическим током.

Решение

Рисунок 3.6 – Расчетная схема

Ток, протекающий через предохранитель и через тело человека, проходит по цепи: трансформатор (фаза “A”), фазный провод, предохранитель фазы “A”, далее параллельно: тело человека, обувь, деревянный настил и заземление, далее земля, оборванный провод фазы “B”, трансформатор (фаза “B”).

I_{предохр} = U_л / (R_пров.A + R_паралл + R_из + R_пров.B) ,

где I_{предохр} – ток, проходящий через предохранитель фазы “A”, A;

U_л – линейное напряжение в сети, В;

R_пров.A – сопротивление провода фазы “A”, Ом;

R_из – сопротивление изоляции фазы “A” относительно земли, Ом;

R_пров.B – сопротивление провода фазы “B”, Ом;

R_паралл – суммарное сопротивление человека и заземлителя (параллельное соединение), Ом,

Суммарное сопротивление человека и заземлителя (параллельное соединение) R_паралл = 9,99 Ом.

Ток через предохранитель

I_{предохр} = I_чел = 380 / (3 + 9,99 + 100 + 3) = 3,28 А.

Напряжение между оборудованием и землей, где стоит человек (напряжение прикосновения ) будет равно

U_пр = I_{предохр} ^. R_паралл = 3,28 ^. 9,99 = 32,77 В.

Ток, проходящий через человека,

I_чел = U_пр / (R_чел + R_обуви + R_пола) = 32,77 / (1000 + 3000 + 4000) = 4,1 А.

Ток I_{предохр} = 3,28 А меньше тока вставки и предохранитель не сгорит. Ток I_чел = 4,1 мА меньше неотпускающего тока, поэтому для человека он не будет опасен.