2. Защитное заземление

Наиболее распространенными и эффективными техническими методами защиты от поражения электрическим током являются защитное заземление и зануление.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия защитного заземления заключается в снижении до безопасных значений напряжения прикосновения U_пр и тока I_h, протекающего через человека. Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения человека к корпусу электрооборудования или к другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением. Оно служит для предотвращения, замыкания на корпус К, замыкание на землю за счет создания цепи с малым сопротивлением R_з. При этом необходимо иметь в виду, что сопротивление тела человека R_h может достигать значений порядка 10⁴-10⁶ Ом. Однако в расчетах, для обеспечения большей надежности при выборе средств защиты и мероприятий, обеспечивающих электробезопасность, применяется расчетное значение сопротивления тела человека R_h = 1000 Ом.

Таким образом, при возникновении аварийной ситуации, например, замыкания фазы на корпус, прикосновение человека к корпусу равносильно прикосновению к фазе. При этом через тело человека может пройти ток опасной величины. Опасность поражения при наличии надежного заземления снижается, так как для тока I_з создается цепь, имеющая малое сопротивление R_з (4 Ом или 10 Ом), вследствие чего происходит стекание тока по пути наименьшего сопротивления.

На рис. 2.1 показана принципиальная электрическая схема защитного заземления, а также потенциальная кривая, отражающая закон распределения потенциала на поверхности земли вокруг одиночного заземлителя φ . При возникновении замыкания в т. А закон распространения потенциала имеет гиперболический характер; максимальное значение потенциал принимает в т. А, снижаясь по мере удаления от места замыкания.

Конструктивно заземляющее устройство представляет собой совокупность вертикальных заземлителей (электродов), соединенных между собой полосовым горизонтальным заземлителем, находящихся в земле (грунте) на глубине Н₀ не менее 0,5 м (рис. 2.2). В качестве вертикальных заземлителей (электродов) используются металлические элементы в виде стержней, трубы, уголка, тавра и др.

2.1. Принципиальная схема защитного заземления

Потенциальная кривая φ(х).

К – корпус электроустановки,

R_з – сопротивление заземления,

R_h – электрическое сопротивление тела человека.

Рис. 2.2. Схема расположения заземляющего устройства в грунте

Полосовой заземлитель используется в виде металлической полосы сечением, например, 12х4; 14x4; 16x4 и др. Соединение вертикальных заземлителей и полосы производится только сваркой, другие виды соединений в соответствии с ПУЭ не допускаются. На практике используются групповые заземлители – параллельное соединение одиночных заземлителей и полосы. Групповой заземлитель обладает меньшим сопротивлением растеканию тока и обеспечивает лучшее выравнивание потенциала в объеме и на поверхности земли.

Требования к конструкции, устройству и параметрам защитного заземления и зануления определяются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТом 12.1.030-81 ССБТ. «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление».

ПУЭ предписывает обязательное использование помимо искусственных заземлителей, предназначенных исключительно для целей заземления, естественных заземлителей – то есть, находящихся в земле металлических предметов иного назначения. В качестве естественных заземлителей могут быть использованы 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 соединение с землей, свинцовые оболочки кабелей и т. п.

В электроустановках напряжением до 1000 В указанные документы устанавливают значения наибольшего допустимого сопротивления защитного заземляющего устройства в сети с изолированной нейтралью при мощности генератора или трансформатора до 100 кВА – 10 Ом, а при мощности более 100 кВА – 4 Ом.

Расчет заземляющего устройства заключается в определении типа заземлителя, количества, размеров и вида размещения одиночных заземлителей таким образом, чтобы расчетное значение сопротивления группового заземлителя было не более допустимого по нормам. Для электроустановок напряжением до 1000 В расчет выполняется методом коэффициентов использования.

Область применения защитного заземления:

– сети до 1000 В переменного тока – трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока;

– сети выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точки обмотки источника тока.

В соответствии с ПУЭ заземление или зануление электроустановок следует выполнять:

– при напряжении 380 В и выше переменного тока (во всех электроустановках);

– 440 В и выше постоянного тока (во всех электроустановках) при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока (только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках);

– выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока (только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках).

Проверка состояния заземляющих устройств электроустановок предусматривает:

– измерение сопротивления заземляющего устройства после монтажа, через год после включения в эксплуатацию и в последующем не реже:

1) чем через 10 лет на электростанциях, подстанциях и ЛЭП энергосистем;

2) через 3 года на подстанциях потребителей;

3) через 1 год в цеховых электроустановках потребителей;

4) внеплановые измерения после их переустройства, капитального ремонта, осадки грунта;

– выборочное вскрытие грунта для осмотра элементов заземляющего устройства каждый раз при измерении сопротивления заземления;

– проверку наличия цепи между заземленными объектами и заземлителями – при каждом ремонте или перестановке оборудования;

– проверку надежности соединения естественных заземлителей после каждого их ремонта;

– периодический осмотр наземной части заземляющего устройства.

Каждое заземляющее устройство должно иметь паспорт, содержащий схему устройства, основные технические и расчетные данные, сведения о произведенных ремонтах и внесенных изменениях.