Защитное заземление, зануление

Защитное заземление

Одной из наиболее эффективных мер защиты от опасности поражения током в случае прикосновения к металлическим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением, является защитное заземление.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Замыкание на корпус возможно в результате повреждения изоляции, касания токоведущей части корпуса машины, падения провода, находящегося под напряжением, на нетоковедущие металлические части и т. п.

Оно выполняется с целью снижения напряжения до безопасного. Согласно Правилам сопротивление защитного заземления не должно превышать 4 Ом.

Принцип действия защитного заземления заключается в следующем. Допустим, что корпус токоприемника не заземлен и он находится под напряжением замкнувшейся фазы. Прикосновение человека к такому корпусу равносильно непосредственному прикосновению к фазному проводу. Сопротивление человека будет включено между корпусом и землей. Через человека пройдет ток который может оказаться опасным для его жизни. Чтобы уменьшить эту опасность и снизить значение тока, проходящего через тело человека, до безопасной величины, корпус токоприемника заземляют, в результате которого создается цепь, шунтирующая тело человека и обеспечивающая для токозамыкания путь с малым сопротивлением. При этом большая часть тока замкнувшейся фазы течет через заземляющее устройство, минуя тело человека. Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу, т. е. напряжение прикосновения, будет невелико и значительно меньше фазного. Если учесть, что сопротивление защитного заземления имеет величину 4 Ом и напряжение замыкания равно 380 В, то ток через тело человека при наличии защитного заземления будет порядка 1 мА и напряжение прикосновения порядка 1 В, что опасности не представляет.

Таким образом, при прикосновении к корпусу оборудования, оказавшемуся под напряжением, человек включается параллельно в цепь тока. Но в этом случае благодаря небольшому сопротивлению заземлителей через человека будет проходить ток безопасной величины.

Защитное заземление должно применяться в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000В и в сетях с напряжением выше 1000В с любым режимом нейтрали. Заземление нетоковедущих частей электроустановок необходимо выполнять в помещениях:

- с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках - при номинальных напряжениях выше 42В, но ниже 380В переменного тока и выше 110В, но ниже 440 В постоянного тока;

- в помещениях без повышенной опасности - при напряжениях 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока;

- во взрывоопасных помещениях - при всех значениях напряжений переменного и постоянного токов.

Устройство заземления. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель - проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей. Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

По расположению заземлителей относительно заземленных корпусов заземления делятся на выносные и контурные. При устройстве защитного заземления в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители: проложенные в земле и находящиеся в соприкосновении с ней водопроводные и другие металлические трубопроводы и конструкции, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей.

Если естественных заземлителей нет или они не отвечают требованиям ПУЭ, то нужно устраивать искусственные заземлители.

В качестве искусственных заземлителей применяются вертикально забитые в землю: стальные стержни диаметром 10 - 16 мм и длиной 4,5 - 5 м, угловая сталь с шириной полок от 40Х40 до 60Х6О мм и толщиной не менее 4 мм, стальные трубы диаметром 25 - 30 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм. Длина вертикальных заземлителей из угловой стали или труб 2,5 - 3 м, Заземлители погружаются (забиваются) в грунт в специально подготовленной траншее. Для соединения вертикальных электродов между собой и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 48 мм²и толщиной не менее 4 мм или сталь круглого сечения диаметром не менее 10 мм. Искусственные заземлители и соединительные проводники не должны иметь окраски. Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов.

В зданиях прокладывается магистраль заземления, которая соединяется с заземлителями не менее чем в двух местах. В качестве заземляющих защитных проводников (магистралей и ответвлений) могут быть использованы: специально предусмотренные для этой цели проводники; металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т. п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, шахты лифтов и т. п.); стальные трубы электропроводки; металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ и смесей, канализации и центрального отопления и др. Эти проводники, конструкции и другие элементы должны по проводимости удовлетворять требованиям ПУЭ, обеспечивать непрерывность электрической цепи на всем протяжении использования.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов и аппаратов, каркасы распределительных щитов и шкафов, металлические корпуса осветительных приборов и оболочки кабелей, стальные трубы электропроводки и другие металлические конструкции, связанные с установкой и ограждением оборудования, металлические корпуса передвижных и переносных токоприемников и др.

Не заземляют корпуса электрооборудования, установленного на заземленных металлических конструкциях и имеющего с ним надежный электрический контакт по опорным поверхностям; осветительная арматура при установке ее на деревянных конструкциях; корпуса электроприемников с двойной изоляцией; корпуса электроизмерительных приборов, реле, установленные на щитах, щитках и в шкафах.

Зануление

Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Зануление применяется только в сетях с, заземленной нейтралью напряжением до 380/220 В. Оно, как и заземление, предназначено для защиты людей при прикосновении к «пробитому» на корпус оборудованию. Конструктивное исполнение зануления - присоединение подлежащего защите объекта к нулевому проводу сети.

Принцип действия зануления состоит в том, что при замыкании какой-либо фазы на корпус зануление приводит к однофазному короткому замыканию и быстрому росту тока замыкания до такой величины, что обеспечивает срабатывание защиты и автоматическое отключение электрооборудования от питающей электросети. Аппаратами защиты могут быть: плавкие предохранители, максимальные автоматы защиты от токов короткого замыкания и др.

Применение зануления взамен защитного заземления в сетях с глухо заземленной нейтралью напряжением до 1000 В вызвано ненадежной работой заземления в этих условиях. Это объясняется тем, что при заземлении, в случае пробоя на корпус, ток однофазного короткого замыкания между, корпусом оборудования и заземленной нейтралью по своей величине часто недостаточен для расплавления калиброванных плавких вставок. И наоборот, при занулении ток, возникающий при пробое напряжения на корпус, бывает достаточным для быстрого расплавления плавких вставок или срабатывания максимальной защиты. Однако и зануление не создает защиты во всех случаях.

При появлении напряжения на корпусах электрооборудования опасность поражения током может быть устранена путем быстрого отключения этого оборудования от питающей электросети. Такой принцип защиты людей осуществляется путем зануления корпусов оборудования.

Зануление электроустановок следует выполнять при тех же номинальных напряжениях и в помещениях, в которых предусмотрено защитное заземление. Занулению подлежат те же металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые подлежат защитному заземлению.

Выравнивание потенциалов

При пробое изоляции на корпус, присоединенный к заземлителю, обрыве и падении провода на землю потенциалы точек земной поверхности (токопроводящего пола) вблизи от заземлителя приобретают повышенное значение. (рис). Наибольший потенциал, равный потенциалу заземлителя имеет точка земли, расположенная точно над заземлителем. При удалении от заземлителя в любую сторону потенциалы точек земли уменьшаются. На расстоянии 15-20 м от заземлителя зона растекания заканчивается, потенциалы точек земли имеют нулевые значения.

Область земли вокруг заземлителя радиусом 15-20 м - зона растекания.

Человек, находящийся в зоне растекания, может попасть под напряжение шага.

Напряжение шага – это разность потенциалов между двумя точками земли, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8 м), на которых одновременно стоит человек.

Напряжение шага зависит от ширины шага, расстояния от человека до заземлителя, от величины потенциала заземлителя.

Чем больше шаг, тем больше напряжение шага, при удалении от заземлителя напряжение шаг уменьшается, чем больше потенциал заземлителя, тем больше напряжение шага.

Опасность напряжения шага состоит в том, что проходя по петле нога-нога, вызывает судороги мышц ног и может привести к падению человека на землю. При этом возникает более опасная петля тока, а также увеличивается расстояние между точками касания земли человека, соответственно увеличивается напряжение, под которое попадает человек.

Напряжение прикосновения – это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек. Напряжение прикосновения возникает в случае, когда человек стоящий на земле касается заземленного корпуса, оказавшегося под напряжением. Практически это разность потенциалов руки и ноги человека. В отличие от напряжения шага напряжение прикосновения увеличивается при удалении от заземлителя и имеет свое максимальное значение в зоне нулевого потенциала. Когда человек стоит точно над заземлителем, его рука и нога находятся под одним потенциалом и человек не подвергается опасности.

В качестве средства защиты от напряжения шага и напряжения прикосновения применяется выравнивание потенциалов (коллективное средство защиты).

Выравнивание потенциалов – снижение разности потенциалов напряжения шага на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или применение специальных покрытий земли.

Заземляющее устройство выполняется не в виде одного заземлителя, а состоит из совокупности вертикальных и горизонтальных металлических электродов, соединенных между собой и рассредоточенных по все площади (или по контуру) пола рабочей зоны. При небольших расстояниях между элементами контура заземления потенциалы внутри него между отдельными точками выравниваются. Однако по краям контура за пределами заземляющего устройства может иметь место крутой спад потенциальной кривой и опасные значения напряжения шага и прикосновения. Поэтому все заземляемое (зануляемое) оборудование устанавливается внутри контура, в пределах пространства ограниченного крайними электродами. По краям контура, за его пределами (особенно в местах проходов и проездов) укладываются в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, для уменьшения крутизны спадания потенциала, а значит, напряжение шага и прикосновения.

Выравнивание потенциала как самостоятельный вид защиты не применяется, оно является дополнением к защитному заземлению (занулению).

Система защитных проводов

В сети до 1 кВ с изолированной нейтралью может применяться система защитных проводов, при которой корпуса электроприемников электрически соединяются между собой, а также с металлическими трубопроводами, оболочками кабелей, металлическими конструкциями зданий и другими заземлителями. В нашей стране такая система применяется в передвижной энергетике, когда источник или приемник питания находится на транспортных средствах.