Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое со-
единение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей
электрооборудования, которые могут оказываться под напряжением в результа­-
те повреждения изоляции или непреднамеренного контакта с токоведущими
частями. .

Если корпус электрической установки не имеет контакта с землёй то при­косновение к нему тоже опасно, как и прикосновение к фазе. Если корпус за­землён, то прикоснувшийся к нему человек окажется под напряжением, равным разности потенциалов корпуса (φ₃) и поверхности основания (φ_oc).

Напряжение прикосновения — напряжение между двумя точками цепи
тока, которых одновременно касается человек.

Напряжение, возникающее на корпусе электрооборудования, или его по­тенциал относительно земли

где 1₃—ток, протекающий через заземляющее устройство, А;

R₃ — сопротивление заземляющего устройства, Ом.

При появлении напряжения на заземлённом корпусе возникают такие от­рицательные явления, как появление потенциалов на заземлителе и находящих­ся в контакте с ним металлических частях, а, также на поверхности грунта во­круг места стекания тока в землю.

Величина напряжения на металлических частях, соединенных с заземли-телем, из-за малого электрического сопротивления заземляющего проводника практически одинакова.

Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивле­ние, называемое сопротивлением растекания. Оно состоит из сопротивления самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и грун-, том и сопротивления грунта. Из этих составляющих наибольшую величину имеет сопротивление грунта, поэтому двумя первыми составляющими пренеб­регают и под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопро­тивление грунта растеканию тока.

В объеме земли, где проходит ток, возникает «поле растекания тока». Из-

за быстрого увеличения площади сечения грунта по мере удаления от заземли-
теля плотность тока также быстро снижается и практически на расстоянии 20 м
от заземлителя она близка к нулю.

Сопротивление заземлителя растеканию тока можно определить как сум­марное сопротивление грунта от заземлителя до любой точки с нулевым потен­циалом (R₃).

Распределение потенциалов на поверхности грунта по мере удаления от заземлите ля зависит от удельного сопротивления грунта и формы заземлителя.

На рис 1. представлены изменение потенциала поверхности грунта (пола) (φ_oc) и напряжения прикосновения {U_np) в случае единичного заземлителя круглого сечения.

Напряжение прикосновения характеризуется отрезком АВ определяется

ходом кривой потенциала основания (φ_oc) и расстоянием между человеком, прикасающимся к заземлённому оборудованию, и заземлителем:

Рис.1. Изменение потенциала поверхности грунта и напряжения прикоснове­-
ния при одиночном заземлителе:

I — кривая распределения потенциалов поверхности грунта (пола) (φ_oc)

II — кривая распределения напряжения прикосновения {U_np)
1, 2, 3 — корпусы электроустановок

Так, при х=0 φ_oc = φ_э и, следовательно, U_np=0. При х=∞(практиче­ски более 20 м) (φ_oc) = 0, а U_np =φ _э = U₃

Таким образом, при расстоянии х≥20м (точка 3 на рис.1) напряжение прикосновения имеет наибольшее значение и это наиболее опасный случай прикосновения.

При малых расстояниях между электродами-заземлителями (менее 40 м)
поля растекания токов как бы накладываются одно на другое, а потенциальные
кривые взаимно пересекаются и, складываясь, образуют суммарную потенци­
альную кривую (рис.2). Следовательно, при групповом заземлителе все точки
поверхности земли на участке между электродами имеют потенциалы отличные
от нуля φ _ос > 0 и поэтому U < φ _з. '

Рис.2. Потенциальная кривая группового заземлителя (I) и поле растекания (II) при расстоянии между электродами S<40 м

В этом случае на общих участках земли, по которым проходят токи не­
скольких электродов, увеличивается плотность тока, что приводит к увеличе­
нию сопротивления растеканию заземлителей. Поэтому сопротивление группо­
вого заземлителя (R _гр) выражается зависимостью . *-- ■

где Ro-сопротивление одиночного заземлителя, Ом;

n — число заземлителей;

ŋ— коэффициент использования группового заземлителя (коэффициент экранирования), доли ед.

Электрическое сопротивление одиночного заземлителя (R_o) определяется с учётом климатических коэффициентов сопротивления грунта (ψ— коэффи­циент сезонности),

где R_изм — измеренное (или табличное) сопротивление одиночного заземли­теля, Ом; ψ —коэффициент сезонности, ед.

Напряжение шага

Напряжение шага (U_w) есть разность потенциалов между двумя точками цепи тока на поверхности земли, находящимися одна от другой на расстоянии шага:

где φ _хи φ _х+а— потенциалы точек на которых стоит человек. В;

а — длина шага, м (обычно принимается равной 0.8м).

Поскольку φ _х и φ _х+а являются частями потенциала заземлителя φ₃, раз­ность их также часть этого потенциала. Поэтому представление выражения можно записать так:

где β—коэффициент напряжения шага (коэффициент шага), учитывающий форму потенциальной кривой:

Напряжение шага при одиночном заземлителе определяется отрезком АВ (рис. 3), длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т.е. от типа заземлителя.

Максимальные значения U_m будут на наименьшем расстоянии от зазем­лителя, т.е. когда человек стоит одной ногой на заземлителе, а другой — на расстоянии шага от него.

Наименьшие значения U_w будут при бесконечно большом удалении от заземлителя, а практически — за пределами поля растекания тока, т.е. дальше 20 м.

Рис.3. Напряжение шага при одиночном заземлителе

При групповом заземлителе в пределах площади, на которой размещены электроды, напряжение шага имеет меньшее значение, чем при одиночном за­землителе.

Максимальное значение напряжения шага, как и при одиночном заземли­теле, будет в начале потенциальной кривой на расстоянии шага от электрода, минимальное — на точках с одинаковым потенциалом.