2. Теоретическая часть

2.1. Защитное заземление и защитное зануление

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановки с заземляющим устройством, выполненное в целях электробезопасности.

Заземляющее устройство состоит из заземлителя (проводящие металлические конструкции, находящиеся в электрическом контакте с землей) и заземляющего проводника, соединяющего заземлитель с заземляющими частями электроустановки

При замыкании токоведущего провода (фазы сети) на корпус заземленной электроустановки происходит стекание тока I_зу на землю (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Принцип действия защитного заземления

Этого же корпуса касается человек. Предполагая, что << R_ч и учитывая параллельное электрическое соединение сопротивлений заземляющего устройства и человека, т.е. I_зу>>I_ч , можно записать:

I_ч R_ч = I_з R_зу ,

где: I_з – ток замыкания,

- сопротивление заземления растеканию току.

Это выражение можно записать в виде:

. (1)

Таким образом, принцип работы (защитная функция) защитного заземления заключается в уменьшении протекающего через тело человека тока.

При заданном токе замыкания I_з величина сопротивления растекания тока будет определять условия электробезопасности. Ток замыкания зависит в первую очередь от принятой системы электроустановки.

Для системы IT (рис. 2.2) ток замыкания, при равных активных сопротивлениях изоляции фазных проводов относительно земли ===и емкости проводов относительно земли равной нулю, можно найти из выражения

, (2)

где : U_ф – фазное напряжение сети.

Сопротивление заземляющего устройства в сети IT должно соответствовать условию (ПУЭ 1.7.104):

, (3)

где : -допустимое по условиям электробезопасности напряжение, которое принимается равным:

50 В – для помещений без признаков повышенной опасности;

25 В – в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установка.

Как правило, не следует применять сопротивление заземляющего устройства менее 4 Ом.

Рис. 2.2. Защитное заземление в сети IT

В системе TN (рис. 2.3) ток замыкания можно найти из выражения:

, (4)

где :- сопротивление заземления нулевой точки источника питания ( т.к. , то шунтирующим действием сопротивления изоляции , которое много больше можно пренебречь).

Рис. 2.3. Защитное заземление в сети TN

Напряжение на корпусе потребителя и его заземляющем устройстве составит:

(5)

При равенстве и и фазном напряжении U_ф =220 В (стандартное напряжение электрической сети)

Такое напряжение без принятия дополнительных мер защиты является недопустимым по условию электробезопасности. Если учесть, что обычно сопротивление заземляющего устройства потребителя больше сопротивления заземления нейтрали источника питания , то понятно, что применение защитного заземления в сетях с глухозаземленной нейтралью не может обеспечить необходимых условий электробезопасности. В таких случаях правилами (ПУЭ 1.7.76) предусматривается применение в качестве защитной меры автоматическое отключение питания, для чего в сети с глухозаземленной нейтралью открытые проводящие части (корпуса) электропотребителя должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания ( ПУЭ 1.7.78) - (защитное зануление).

Для автоматического отключения питания могут быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие или на сверхтоки или на дифференциальный ток. При этом в системе TN время автоматического отключения не должно превышать значений (ПУЭ 1.7.79), указанных в табл. 2.1.

Приведенные значения времени отключения считаются достаточными для обеспечения условий электробезопасности.

На рис. 2.4 представлена схема защитного зануления в сети TN , где FI обозначает защитно-коммутационный аппарат. Из схемы видно, что принцип действия защитного зануления – превращение замыкания на корпус в короткое замыкание с целью вызвать большой ток (сверхток, короткое замыкание I_кз), обеспечивающий срабатывание токовой защиты и отключение поврежденного электропотребителя.

Таблица 2.1

Наибольшие допустимые времена защитного автоматического отключения для системы TN.

Номинальное фазное напряжение Uф, В	Время отключения, с
127	0,8
220	0,4
380	0,2
Более 380	0,1

Рис. 2.4. Защитное зануление в сети TN

Из приведенной схемы видно, что

, (6)

где : последовательно включенные сопротивления фазного и защитногопроводников сети, так называемое сопротивление петли «фаза- нуль».

Для автоматического отключения необходимо выполнить условия:

, (7)

где: -определяются защитно-коммутационым аппаратом. При автоматических выключателях к = (1,1-1,2), а - величина мгновенной токовой отсечки, равная , где коэффициент к₂ определяется типом автомата и приведен в таблице 2.2

Таблица 2.2

Значение коэффициента к₂

Тип автоматического выключателя	к2
В	3-5
С	5-10
Д	10-50

Если защита осуществляется плавкими предохранителями, то - номинальный ток плавкой вставки предохранителя, а для промышленных электроустановок и для бытовых электропотребителей.