Защитное заземление

Общие сведения

Назначение, принцип действия и область применения защитного заземления

Защитное заземление - преднамеренное соединение с землей металлических частей оборудования, не находя­щихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановки.

Случайное электрическое соединение токоведущих ча­стей электроустановки, находящихся под напряжением, с нетоковедущими металлическими конструктивными ча­стями, возникшее непосредственно в машинах, аппаратах, линиях и т. п., называется «замыканием на корпус» или «пробоем на корпус».

Назначение защитного заземления — устранение опас­ности поражения людей и животных электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т. е. при «замыкании на корпус».

Рис. 1. Принципиальные схемы защитного заземления.

а — в сети с изолированной нейтралью до и выше 1000в; б — в сети с заземленной нейтралью выше 1000в; 1 — заземленное оборудование; 2 — заземлитель защитного заземления; 3 — заземлитель рабочего заземления; , — сопротивление со­ответственно защитного и рабочего заземления.

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления — преднамеренного соединения с землей отдельных точек электрической сети (например, нейтральной точки, фазного провода и т. п.), необходимого для обеспечения надлежащей работы уста­новки в нормальных или аварийных условиях. Рабочее заземление осуществляется непосредственно или через специальные аппараты — пробивные предохранители, раз­рядники, сопротивления и т. п.

Принцип действия защитного заземления — сниже­ние до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных «пробоем на корпус». Это дости­гается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования, т. е. сопротивления заземления, а также путем выравнивания потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близ­кого по величине к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления — трехфаз­ные трехпроводные сети до 1000в с изолированной ней­тралью и выше 1000в с любым режимом нейтрали (рис. 1). Защитное заземление является наиболее распростра­ненной и в то же время весьма эффективной и простой мерой защиты от поражения током при «замыкании на корпус».

Типы заземляющих устройств

Заземляющим устройством называется совокупность за­землителя — металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяю­щих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от ме­ста размещения зазем­лителя относительно заземляемого оборудова­ния различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляю­щее устройство (рис. 2) характеризуется тем, оборудование, что заземлитель его вы­несен за пределы площадки, на которой размещено зазем­ляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземление называют также сосредоточенным.

Рис. 2. Выносное заземление.

1 — заземлитель; 2 — заземляющие про­водники магистрали); 3 — заземляемое оборудование

Существенный недостаток выносного заземления — от­даленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего коэффициент прикосновения . Поэ­тому этот тип заземления применяется лишь при малых токах замыкания на землю и, в частности, в установках до 1000в, где потенциал заземлителя не превышает до­пустимого напряжения прикосновения (с учетом ):

. (1)

Достоинством этого типа заземления является возможность выбора места размещения электродов с на­именьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в ни­зинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть: при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории; при весьма высоком сопротивлении земли на данной тер­ритории (например, скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли; при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках и т. п.).

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

Часто одиночные заземлители распределяются по всей площадке равномерно, и поэтому контурное заземление называется также распределенным

Безопасность при контурном заземлении обеспечивается за счет выравнивания потенциала на защищаемой территории до такой величины, чтобы максимальные значения напряжений прикосновения и шага не превышали допу­стимых значений. Это достигается путем соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

В качестве примера на рис. 3 показано распределение потенциала в момент замыкания фазы на корпус на открытой под­станции, имеющей контур­ное заземление.

Как видно из рисунка, изменение потенциала в пределах контура заземле­ния происходит плавно; при этом и имеют не­большие значения. За пределами контура по его краям наблюдается крутой спад потенциала.

Рис. 3. Контурное заземление.

Чтобы исключить опасные шаговые напряжения, ко­торые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами, в первую очередь в местах проходов и проездов, укладываются в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы. Благодаря этому спад потенциала происходит по пологой кривой (рис. 4).

Рис. 4. Пример размещения до­полнительных стальных полос в земле у края контура заземления за его пределами для снижения шагового напряжения.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем за счет наличия металлических конструкций, трубопроводов, кабелей и подобных им про­водящих предметов, связанных с разветвленной сетью заземления.

Выполнение заземляющих устройств

Заземлители

Различают заземлители искусственные, пред­назначенные исключительно для целей заземления, и естественные — находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Для искусственных заземлителей применяются обычно вертикальные и горизонтальные электроды.

В качестве вертикальных электро­дов используются стальные трубы диаметром 3—5см и угловая сталь размером от 40x40 до 60x60мм длиной 2,5—3м. В последние годы находят применение стальные прутки диаметром 10—12мм и длиной до 10м.

Рис. 5. Установка стержневого электрода в траншее.

Для связи вертикальных электродов и в качестве са­мостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением не менее 4х12мм или сталь круглого сечения диаметром не менее 6мм.

Размещение электро­дов производится в соответствии с проектом. При этом заземлители не следует размещать вблизи горячих трубопроводов и других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна про­питка грунта нефтью, маслами и т. п. Для установки вертикальных за­землителей предварительно роют тран­шею глубиной 0,7—0,8м, после чего производится забивка труб или угол­ков с помощью механизмов (рис. 5).

Стальные стержни диаметром 10— 12мм длиной 4—4,5м ввертываются в землю с помощью специального приспособления, а более длинные заглубляются вибраторами.

Верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяются стальной полосой с помощью сварки.

В таких же траншеях прокладываются и горизонталь­ные электроды.

Засыпка траншей должна производиться зем­лей, очищенной от строительного мусора, с последующей тщательной трамбовкой.

В качестве естественных заземлителей могут исполь­зоваться: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопро­водов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии; обсадные артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.п.; металлические конструк­ции и арматура железобетонных конструкций зданий и со­оружений, имеющие соединение с землей; свинцовые обо­лочки кабелей, проложенных в земле.

В качестве заземлителей распределительных устройств рекомендуется использовать опоры отходящих линий, сое­диненных с заземляющим устройством при помощи грозозащитного троса линии, если он не изолирован от опор.

Естественные заземлители обладают, как правило, ма­лым сопротивлением растеканию тока, и поэтому исполь­зование их для целей заземления дает весьма ощутимую экономию.

Недостатками естественных зазем­лителей являются доступность их неэлектротехни­ческому персоналу и возможность нарушения непрерыв­ности соединения протяженных заземлителей (при ремон­тных работах и т. п.).