Лекция №12

3.8.7 Защитное заземление

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковёдущих частей, которые могут оказаться под напряжением (рисунок 3.10).

Защитное заземление эффективно в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью (полюсом). Принцип действия защитного заземления заключается в том, что человек, касающийся корпуса оборудования, находящегося под напряжением за счет короткого замыкания фазы L₂ на корпус, оказывается включенным параллельно заземлителю с сопротивлением защитного

заземления R₃, имеющим значительно меньшее сопротивление, чем тело человека R_ч. В результате большая часть тока замыкания на землю пойдет через заземлитель (рисунок 3.10,а).

При отсутствии заземлителя весь ток I_КЗ пойдет через тело человека, что может привести к его поражению (рисунок 3.10,б). Для уменьшения напряжения на заземлителе, сопротивление защитного заземления R₃ нормируется. В электроустановках напряжением до 1000 В оно должно быть не более 4 Ом. Значение R₃ зависит также от мощности источника питания, удельного сопротивления- грунта и эксплуатируемого оборудования. Для заземления используют искусственные и естественные заземлители. Естественные заземлители - это находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие металлические конструкции и коммуникации зданий и сооружений, за исключением взрыво- и пожаро- опасных (нефтепроводы и др.) Использование протяженных и разветвленных заземлителей позволяет снизить R₄ и выровнять потенциалы. Искусственные заземлители представляют собой совокупность собственно заземлителей и заземляющих проводников, называемыми заземляющим устройством.

Схема заземляющего устройства показана на рисунке 3.11

Расчет заземляющего устройства приведен в [16]. Требования к заземляющему устройству и его элементам, классификация и области применения заземляющего устройства подробно рассматриваются на лабораторных занятиях.

3.8.8 Зануление

В электроустановках напряжением до 1 кВ при использовании трех проводных сетей с заземленной нейтралью защитное заземление не обеспечивает защиты людей от поражения электрическим током (рисунок 3.12).

В этом случае при к.з. фазы на корпус ток I_КЗ может оказаться недостаточным для срабатывания защиты (например, предохранителя) и человек, прикоснувшись к поврежденному корпусу, окажется под напряжением. Оно будет тем больше, чем больше R₃. Следовательно, величину R₃ необходимо уменьшать, что потребует громоздкого и дорогого заземляющего устройства. Поэтому в четырех проводных сетях с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом применяют зануление.

Зануление - это преднамеренное соединение корпуса оборудования (нетоковедущей части) с нулевым защитным проводником. В момент короткого замыкания фазы на корпус образуется петля «фаза-нуль», т.е. получается однофазное короткое замыкание. Под действием I_кз срабатывает защита (предохранитель, автомат), и поврежденная часть электроустановки отключается. Чем быстрее произойдет отключение, тем эффективнее защитное действие зануления. Пока поврежденная часть электроустановки находится под напряжением, прикосновение ко всем корпусам, включая исправные, опасно. Для надежного отключения: электроустановки нужно, чтобы I_КЗ был достаточной величины, т.е. сопротивление цепи «фаза-нуль» мало. Необходимо выполнение условия; I_КЗ ≥ 3I_н, где: I_Н - ток номинальной плавкой вставки (FU).

3.8,9 Средства индивидуальной защиты (СИЗ)

СИЗ относятся к средствам защиты, используемых в электроустановках, служащих для защиты людей от поражения электрическим током, электрической дуги и электромагнитного поля. Изолирующие средства делятся на основные и дополнительные,

К основным в электроустановках напряжением свыше 1000 В относятся: электроизмерительные клещи, указатели напряжения для фазировки, изолирующие устройства и приспособления для работ на воздушных линиях с непосредственным прикосновением к токоведущим частям.

К дополнительным в электроустановках напряжением свыше 1000 В относятся: диэлектрические перчатки, боты, ковры; индивидуальные экранирующие комплекты; изолирующие подставки и накладки; переносные заземления; оградительные устройства; плакаты и знаки безопасности.

К основным в электроустановках напряжением до 1000 В относятся: изолирующие штанги; изолирующие и электроизмерительные клещи; указатели напряжения; диэлектрические перчатки; слесарно-монтажный инструмент с изолирующими рукоятками.

К дополнительным в электроустановках напряжением до 1000__В относятся: диэлектрические галоши и ковры; переносные заземления; изолирующие подставки и накладки; плакаты и знаки безопасности; оградительные устройства.

Средства защиты, кроме плакатов и знаков безопасности, диэлектрических ковров, изолирующих подставок, переносных заземлений и ограждений подвергаются эксплуатационным испытаниям: перчатки - 2 раза в год, галоши - 1 раз в год, боты - 1 раз в 3 года, указатели напряжения и' инструмент с изолирующими рукоятками - 1 раз в год.

При работе на отключенных токоведущих частях для защиты от ошибочно поданного или наведенного напряжения применяют в качестве наиболее надежной защиты переносные заземления. При наложении заземления сначала заземление следует соединить с «землей», затем проверить отсутствие напряжения, после чего наложить на токоведущие части.

3.8.10 Выравнивание потенциалов. Напряжение шага. Напряжение прикосновения, Потенциалы растекания тока в земле

При пробое изоляции на корпус, присоединенный к заземлителю, обрыве и падении провода на землю потенциалы точек земной поверхности (токопроводящего поля) φ_х распределяются по гиперболическому закону согласно рисунка 3.14.

Можно показать, что φ_х=

где I_кз - ток замыкания на землю, А;

р - удельное сопротивление грунта, Ом • м;

х - расстояние от заземлителя до ближайшей ноги человека, м.

Наибольший потенциал, равный потенциалу заземлителя φ₃ имеет точка земли, расположенная над заземлителем или в месте замыкания провода на землю. При удалении от нее в любую сторону потенциалы поверхности земли снижаются. Можно считать, что на расстоянии более 20 м от заземлителя зона растекания заканчивается (φ _х=0). Человек, находящийся в зоне растекания, может попасть под напряжение шага U_ш. Напряжение шага - это разность потенциалов между двумя точками земли, находящимися одна от другой на расстоянии шага ( а = 0,50,8 м), на которых одновременно стоит человек.

U_ш= φ _х - φ _(х+a) = φ_н1+ φ_н2

Из рисунка 3.14, а видно, что:

1) чем дальше стоит от заземлителя, или упавшего провода человек, тем меньше напряжение шага;

2) чем больше ширина шага, тем больше напряжение шага (если человек упадет, U_Ш увеличится):

3) чем больше потенциал заземлителя, тем больше напряжение шага.

Человек, стоящий на земле (рисунок 3.14, б) и касающийся находящегося под напряжением заземленного корпуса оборудования, подвергается действию напряжения прикосновения. Напряжение прикосновения – это разность потенциалов между ногой и рукой человека (между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек).

U_пр = φ_р – φ_н - φ_х

Из рисунка 3.14, б видно, что потенциал руки человека φ_р во всех случаях касания к корпусам 1, 2, 3 равны потенциалу заземлителя, поэтому с удалением от заземлителя напряжение прикосновения увеличивается: U_пр1 ^>U_np2,(х₂ >x₁); U_np3 >U_пр2 ,(х₃ >x₂). Наибольшей опасности человек подвергается в зоне нулевого потенциала. Это явление называется выносом потенциала и заключается в том, что заземленное оборудование расположено слишком далеко от заземлителя.

В качестве коллективного средства защиты от напряжения шага и напряжения прикосновения применяется выравнивание потенциала (рисунок 3.15). Заземляющее устройство выполняется не одиночным заземлителем, а совокупностью горизонтальных и вертикальных металлических электродов, рассредоточенных по всей площади (или контуру) пола рабочей зоны.

Потенциалы внутри контура выравниваются, а за пределами контура -возможны опасные значения U_про и U_ш, поэтому желательно заземляемое оборудование расположить внутри контура. Выравнивание потенциалов применяется как дополнительное средство защиты к защитному заземлению и занулению.

3.8.11 Организационно-технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ в электроустановках

Кроме указанных технических способов и средств защиты применяются организационные и технические мероприятия. Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность в электроустановках, являются: оформление работ нарядом-допуском, распоряжением или перечнем работ в порядке текущей эксплуатации; допуск к работе; надзор во время работы; оформление перерывов в работе, окончания работы, переводов на другое рабочее место.

Техническими мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ в электроустановках, являются: производство необходимых отключений и переключений; проверка отсутствия снятого напряжения; вывешивание плакатов; наложение переносного заземления; ограждения места работы и т.д.