ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Любое электрооборудование может оказаться под напряжением при неисправности изоляции токоведущих частей. Причинами нарушения изоляции могут быть механические повреждения, действие химически агрессивной среды, повышение температуры, неправильная эксплуатация электроустановок. Неожиданность неисправности и неподготовленность к ней людей приводит, как правило, к несчастным случаям.

Основным защитным мероприятием от поражения электротоком на электроустановках является установка защитного заземления. Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей металлических частей электрооборудования, не находящихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции токоведущих частей.

Защитное действие достигается путем снижения напряжения на корпусе электрооборудования за счет стекания тока на землю через заземляющее устройство малого электрического сопротивления. Чем меньше будет сопротивление заземляющего устройства, тем меньше будет напряжение на заземленном корпусе оборудования, что уменьшит величину тока, проходящего через человека. Второй защитный эффект заземляющего устройства может быть обусловлен выравниванием напряжения между оборудованием и землей, на которой находится человек, за счет увеличения потенциала земли в месте стекания тока. Поэтому для предотвращения несчастных случаев от поражения электрическим током перед монтажом заземляющего устройства рассчитывают его параметры из условия снижения величины тока, протекающего через человека, до допустимых уровней.

Защитное заземление применяется во всех электроустановках переменного тока напряжением 380 В и выше и постоянного тока напряжением 440 В и более. В помещениях с повышенной опасностью заземляют электроустановки с напряжением переменного тока 42 В и более, а постоянного тока начиная со 110 В. Во взрывоопасных помещениях заземление применяют независимо от величины напряжения.

Контрольные измерения заземляющих устройств должны проводиться не реже одного раза в год в период наименьшей проводимости. Один раз летом при наибольшем просыхании почвы, а на следующий год – зимой при наибольшем промерзании грунта.

2.2. КОНСТРУКЦИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Конструктивно заземление состоит из заземлителей (электродов) и заземляющих проводников (рис. 1). Заземлители могут быть естественными или искусственными. В качестве естественных заземлителей используют проложенные в земле металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов с горючими жидкостями и газами), металлические элементы и арматура железобетонных конструкций зданий и сооружений и т.п. В качестве искусственных заземлителей используются стальные трубы диаметром 25–60 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм, уголковая или полосовая сталь сечением не менее 48 мм², а также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм. Длину вертикальных заземлителей (электродов) рекомендуется принимать равной 2,0–5,0 м. Расстояние от поверхности грунта до начала одиночного вертикального заземлителя (заглубление электрода) составляет 0,5–0,8 м.

Электрическая связь между вертикальными заземлителями осуществляется заземляющими магистральными проводниками, изготавливаемыми обычно из полосовой стали сечением не менее 48 мм² или стали круглого сечения диаметром не менее 6 мм. Заземляющие проводники соединяют заземляемые объекты с заземлителями и изготавливаются обычно из стали прямоугольного или круглого сечения. Заземляющие магистральные проводники соединяются с вертикальными заземлителями посредством сварки. Заземляемые объекты соединяются с заземляющим устройством через болтовые соединения или путем сварки.

Заземляющие устройства могут быть выносного или контурного типа. При контурном заземлении (рис. 1) заземлители располагаются равномерно по периметру площадки, на которой находится электрооборудование. Выносное очаговое заземляющее устройство (рис. 2) располагается за пределами площадки, где установлено подлежащее заземлению оборудование. Схема выносного заземляющего устройства при расположении электродов в ряд приведена на рис. 3.

2.3. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Для обеспечения безопасности эксплуатации электрооборудования производят расчет заземляющих устройств уже на стадии проектирования. Электроустановки напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали и мощности трансформатора более 100 кВА должны иметь сопротивление защитного заземления не более 4 Ом. При мощности

Рис. 1. Схема контурного заземления электрооборудования:

1 – электрооборудование; 2 – здание; 3 – внутренний заземляющий контур; 4, 5 – заземляющие проводники; 6 – заземляющий магистральный проводник; 7 – заземлитель

Рис. 2. Схема выносного очагового заземления

электрооборудования:

1 – электрооборудование; 2 – здание; 3 – внутренний заземляющий контур; 4, 5 – заземляющие проводники; 6 – заземлитель

Рис. 3. Схема выносного заземления электрооборудования при расположении электродов в ряд:

1 – электрооборудование; 2 – здание; 3 – внутренний заземляющий контур; 4, 5 – заземляющие проводники; 6 – заземлитель

трансформатора менее 100 кВА сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом.

Сопротивление заземлителей растеканию тока зависит от их числа, размеров, удельного сопротивления грунта. Сопротивление одиночного стержневого заземлителя (электрода) определяется по формуле, Ом

(1)

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м; d – диаметр стержневого заземлителя, м; l – длина стержневого заземлителя, м; h – глубина размещения заземлителя, м

h = 0,5l + h₀, (2)

где h₀ – расстояние от поверхности грунта до начала одиночного заземлителя, от 0,5 до 0,8 м.

Для заземлителей из угловой стали предварительно определяют эквивалентный диаметр по формуле

d = 0,96C, (3)

где С – ширина полок уголка, м.

Необходимые для расчета значения удельных сопротивлений грунтов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Количество стержневых заземлителей, необходимых для достижения нормативного сопротивления заземляющего устройства, определяется по формуле

(4)

где R_D – допустимое (нормативное) сопротивление заземления, Ом; η_C – коэффициент сезонности; η_I – коэффициент использования (экранирования) в вертикальных заземлителях.

Забитые электроды соединяются металлической полосой сечением не менее 48 мм². Длина полосы для контура равна

L_n = 1,05a(N – 1), (5)

а при расположении электродов в ряд

L_p = aN, (6)

где a – расстояние между электродами, м; N – число электродов, шт.

Численные значения коэффициента сезонности в основном определяются колебанием влажности почвы в течение года и заданы в табл. 2.

Таблица 2

Численные значения коэффициента использования (экранирования) для вертикальных заземлителей (электродов) при их размещении по контуру и в ряд (выносная схема) приведены в табл. 3.

Таблица 3

Сопротивление растеканию электрического тока соединяющей полосы, уложенной в земле, определяется по формуле, Ом

(7)

где L – длина полосы, м; b – ширина полосы, м; h – глубина заложения полосы от поверхности земли, м.

Результирующее сопротивление растеканию электрического тока всего заземляющего устройства определяется по формуле

(8)

где η_p – коэффициент использования (экранирования) горизонтальной соединительной полосы.

Численные значения коэффициента использования горизонтального полосового электрода в зависимости от числа вертикальных электродов, соединяемых им, приведены в табл. 4.

Таблица 4