21. Назначение, устройство и принцип действия защитного заземления электроустановок.

Защитное заземление

В качестве критериев безопасности при проектировании способов и средств защиты от поражения током приняты наибольшие допустимые для человека значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека.

Защитное заземление и защитное зануление являются наиболее распространенными, достаточно эффективными и простыми мерами защиты от поражения электрическим током при появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях (металлические корпуса оборудования).

Назначение защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами.

Защитное заземление достигается путем уменьшения потенциала на заземленном оборудовании (за счет уменьшения сопротивления заземления), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования.

На рисунок 2.1 показана принципиальная электрическая схема защитного заземления и потенциальная кривая, отражающая закон распределения потенциалов на поверхности земли вокруг одиночного заземлителя.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема защитного заземления и потенциальная кривая

Если же корпус электроустановки заземлен, то тело человека и заземлитель оказываются включенными параллельно (рисунок 2.2).

Р исунок 2.2 – Включение человека в цепь тока

при наличии заземления электроустановки

Допустим, что общий ток I₀ полностью определяется активным сопротивлением изоляции. Он распределяется по двум параллельным ветвям обратно пропорционально их сопротивлению так, что .

Приняв R₃ = 10 Ом, получим, что в данном примере заземление обеспечивает уменьшение тока при его прохождении через тело человека в 100 раз (1000/10).

Однако кроме этого защитное действие заземления проявляется также в выравнивании электрических потенциалов между участком земли, на котором стоит человек, и корпусом.

Область применения защитного заземления – все электроустановки напряжением выше 1000 В, а также электроустановки напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и электроустановки напряжением до 1000 В с глухозземленной нейтралью в качестве дополнения к занулению. В последнем случае заземление без зануления категорически запрещено.

Заземляющее устройство конструктивно состоит из заземлителя (совокупности электродов, соединенных между собой, и находящихся в непосредственном соприкосновении с землей) и проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. На практике используются групповые заземлители (параллельное соединение одиночных заземлителей). Групповой заземлитель обладает меньшим сопротивлением растеканию тока и обеспечивает лучшее выравнивание потенциалов по поверхности земли.

Правила устройства электроустановок предписывают обязательное использование помимо искусственных заземлителей, предназначенных исключительно для заземления, естественных заземлителей (находящихся в земле металлических предметов иного назначения). В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей и др.

Для искусственных заземлителей применяются обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные прутки (диаметром 10…12 мм и длиной 2…5 м) или угловую сталь (сечением 40×40 или 60×60 мм и длиной 2,5…3,0 м). Для соединения вертикальных электродов между собой, а также в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 4×12 мм (или круглого сечения диаметром не менее 6 мм).

Для заземления предварительно роют траншею глубиной 700…800 мм, в нее забивают с помощью механизмов (или вручную) уголки; стальные стержни ввертывают в почву или заглубляют вибраторами. Верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяет полосой с помощью сварки (внахлестку). В таких же траншеях прокладывают и горизонтальные электроды. Ширина траншеи (рисунок 2.3) не нормируется (обычно 300…500 мм), длина траншеи зависит от числа электродов, расстояние между которыми должно быть не менее длины электрода.

Рисунок 2.3 – Размеры траншеи для заземления

Заземляющие проводники, т. е. проводники, соединяющие заземляемое оборудование с заземлителем, выполняется обычно из полосовой стали или прутков. Прокладка их производится по стенам и другим конструкциям на металлических опорах, штырях или крюках.

Последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.

Соединяют заземляющие проводники между собой и с заземлителями сваркой, а с корпусами заземляемого оборудования – с помощью болтовых зажимов или сваркой. Размер болта нормируется в зависимости от тока (например, при токе до 100 А – не менее М6). Заземляющие проводники окрашиваются в черный цвет.