Принцип защиты от поражения человека током при наличии защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью.

Нейтраль – провод, соединенный с общей точкой множеством разных проводников (обмотки).

При наличии пробоя на корпус электроустановки на нем появляется напряжение, равное произведению тока замыкания на землю I_з на сопротивление заземлителя R_з.

.

Рассмотрим цепь тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью (см. рис. 1а).

а) Принципиальная схема защитного заземления

б) Схема разветвленного тока при R_чел=1000 Ом и R_з≤10Ом

Рис.1. Схема защитного заземления с изолированной нейтралью

 

Ток проходит, по электроцепи, включающей следующие элементы: корпус двигателя, сопротивление заземлителя R_з, землю, сопротивление изоляции двух неповрежденных фаз с общим сопротивлением R_uз.

Сопротивления фазных проводов и статорной обмотки электродвигателя малы (десятые доли Ома) и в расчет не принимаются. Ток разветвляется (см. рис. 1б) и идет по двум параллельно соединенным сопротивлениям R_чел =1000 Ом и R_з<10 Ом под действием напряжения, равного напряжению прикосновения (U_np) т.е.:

или ,

где: U_пр – напряжение прикосновения;

f^¢ - потенциал заземлителя;

f^¢¢ - потенциал земли, где располагается человек;

а₁ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму кривой распределения на поверхности земли и принимает значения 0,1...0,35;

а₂ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек. Он определяется по формуле:

,

где:R_чел – сопротивление тела человека; P – удельное сопротивление грунта .

В зависимости от свойств грунта, а₂ изменяется в пределах 0,31...0,9. Как показала практика, при R₃ < 4 0м в сетях напряжением до 1000 В напряжение прикосновения не превышает 12 В, что обеспечивает безопасность человека при соприкосновении с электрическим поврежденным и заземленным оборудованием. Значение тока, проходящего через тело человека, определяется напряжением прикосновения:

= 12 мА.

Такой ток является безопасным для человека. Это видно из данных, приведенных в таблице 1.

Таблица 1

Воздействие электрического тока на человека

Ток, мА	Характер воздействия
Постоянный	Переменный
	0,6	Не ощущается
	0,6	Ощутимый пороговый ток.
5-50	0,6-8	Ощущается безболезненно. Управление мышцами не утрачено. Возможно самостоятельнее освобождение от тока.
50-80	8-15	Ощущается болезненно Управление мышцами еще не утрачено и возможно самостоятельное освобождение
		Пороговый не отпускаемый ток.
80-150	15-50	Ток ощущается еще более болезненно. Сокращение мышц сильное. Дыхание затруднено. Самостоятельнее освобождение становиться невозможным.
		Пороговый фибрилляционный ток.
150 - 300	50-100	Возможна фибрилляция сердца, приводящая к смерти. Паралич дыхания.
300-500	100-200	Возможна фибрилляция сердца, приводящая к смерти. Паралич дыхания.
		Сильные ожоги. Сокращение мышц настолько сильное, что препятствуют возникновению фибрилляции сердца. Паралич дыхания.

 

Защитные заземляющие устройства аналогичных электроустановок, получающих энергию от одной и той же сети с изолированной нейтралью, целесообразно соединять электрически или выполнять их как одно целое устройство. Если этого не сделать, то при замыкании на корпус разных фаз в двух установках, имеющих раздельные заземляющие устройства (рис.2), возникает двойное замыкание на землю и заземленное оборудование оказывается под напряжением относительно земли.

Рис. 2 Двойное замыкание на землю при раздельном заземлении установок, питающихся от одной сети с изолированной нейтралью

 

 

Тогда в установке А напряжение составит:

;

а в установке В:

,

где: U- линейное напряжение сети, В;

R_a и R_B - сопротивления заземляющих установок А и В соответственно, Ом;

При этом U_a+U_b=U, что является опасным при прикосновении к любому из корпусов, на который замкнуло фазное напряжение, и в этом случае двойное замыкание может существовать длительно.

Чтобы устранить двойное замыкание, целесообразно корпуса электроустановок соединить между собой металлической шиной или заземлители их выполнить как одно целое. Тогда двойное замыкание на землю превратится в короткое замыкание между фазами, что вызовет быстрое отключение электроустановок от сети, т.е. обеспечит кратковременность аварийного режима.

При невозможности соединить заземляющие устройства (из-за больших расстояний и по другим причинам) необходимо оснастить эти установки релейной защитой от однофазных и двойных замыканий на землю.

Защитное заземление и зануление в одной сети не применяется. Оно может использоваться в двух электрических сетях, питающихся от отдельных трансформаторов (один с изолированной, другой с глухо-заземленной нейтралью). При этом системы заземления и зануления работают независимо друг от друга, хотя аварийные токи их протекают по одним и тем же защитным проводникам и общему заземлителю (рис.3).

Рис. 3 Совместное использование заземляющих устройств для двух сетей: А) с системой зануления; В) с системой защитного заземления.

 

Защитное заземление в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью обычно применяется на объектах с повышенной опасностью поражения током и в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов сети относительно земли, и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Оно обязательно при номинальном напряжении электроустановки выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока. В помещениях без повышенной опасности (сухих, беспыльных с нормальной температурой воздуха, с изолирующими полами) заземляются электроустановки при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В постоянного. Но во всех взрывоопасных зонах заземление выполняется независимо от значения напряжения электроустановки.