Файл: LEKTsIYa__7.doc

РАЗДЕЛ 3. ТЕХНОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ

Лекция № 7. Защитное заземление

Учебные вопросы

1. Назначение и область применения.

2. Устройство и нормирование параметров защитного заземления.

Литература

1 Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность): учеб. для бакалавров по дисц. «Безопасность жизнедеятельности» / С. В. Белов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Юрайт, 2013. - 682 с.

2 Занько, Н.Г. Безопасность жизнедеятельности [Электронный ресурс]: учебник / Н.Г. Занько, К.Р. Малаян, О.Н. Русак: под ред. О.Н. Русака. - СПб.: Лань, 2012. – 672 с. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/4227/.

3 Халилов, Ш.А. Безопасность жизнедеятельности [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Ш.А. Халилов, А.Н. Маликов, В.П. Гневанов; Под ред. Ш.А. Халилова. - М.: ИД ФОРУМ: ИНФРА-М, 2012. - 576 с. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=238589.

4. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Главы 7.5, 7.6, 7.10. Изд. 7-е. – СПб.: Изд. ДЕАН, 2002. – 176.

---

1. Назначение и область применения

1.1. Назначение защитного заземления

Поражения, вызванные прикосновением к конструкциям или корпусам электрических машин, трансформаторов и электрических аппаратов, оказавшихся под напряжением вследствие повреждения изоляции, предотвращаются путем устройства защитных заземлений.

Назначение защитного заземления заключается в создании между металлическими конструкциями или корпусом защищаемого устройства и землей электрического соединения достаточно малого сопротивления. Наличие такого соединения снижает ток, протекающий через параллельно присоединенное сопротивление тела человека до безопасной величины.

Принцип действия защитного заземления схематично представлен на рисунке 1.1,а.

Рисунок 1.1. Защитное заземление в двухпроводной сети

Присоединим корпус однофазной электроустановки к одиночному заземлителю. Прикасаясь к корпусам электроустановок, человек с сопротивлением R_ч подключается параллельно сопротивлению заземлителя r_з и сопротивлению изоляции первой фазы r₁. Кроме того, он будет находиться в последовательном соединении с сопротивлением изоляции второй фазы r₂.

Эквивалентная схема такого соединения показана на рис.1.1,б.

Общая проводимость трех параллельно включенных проводимостей равна

. (1.1)

Проводимость всей однофазной цепи составит

. (1.2)

Из условия равенства тока в общей цепи находим

, (1.3)

откуда напряжение U_ч, приложенное к телу человека, равно

. (1.4)

После сокращения членов выражения в числителе и знаменателе получаем следующее выражение:

. (1.5)

Ток, протекающий через тело человека, определим из выражения

. (1.6)

Так как значения величин g₁, g₂, g_ч значительно меньше по сравнению с проводимостью заземлителя g_з, то в знаменателе ими можно пренебречь, тогда величина тока, протекающего через тело человека, определится следующим выражением

. (1.7)

Выражая проводимости g₂, g_ч, g_з через сопротивление, получим следующее значение тока

. (1.8)

Из выражения (1.8) можно сделать вывод о том, что величину тока, протекающего через тело человека, можно уменьшить, увеличивая сопротивление тела человека и изоляции сети, или существенно уменьшая сопротивление заземляющего устройства.

Снижение опасности прикосновения к корпусам электрооборудования с нарушенной изоляцией путем уменьшения величины сопротивления заземляющего устройства является наиболее простой и доступной мерой.

Защитное действие заземляющего устройства достигает цели при выполнении следующего условия

, (1.9)

где U_{пр доп} – допустимое напряжение прикосновения.

---

Условие (1.9) можно выполнить:

уменьшая ток замыкания I_з за счет увеличения сопротивления изоляции сети;

уменьшая сопротивление заземления r_з путем заложения большого количества заземлителей в грунт.

При больших значениях величины сопротивления заземляющего устройства оно нецелесообразно, так как при протекании тока замыкания на корпусах заземленного электрооборудования возникает опасный потенциал.

Добиться того, чтобы напряжение на корпусах электрооборудования было меньше U_{пр доп} при протекании тока замыкания, можно путем уменьшения величины сопротивления заземляющего устройства, т. е. путем создания сложной системы заземления. В некоторых случаях это условие трудновыполнимо, поэтому прибегают к использованию зануления или схем защитного отключения.

1.2. Область применения защитного заземления

Защитное заземление может быть эффективным только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления.

Это возможно в сетях с изолированной нейтралью напряжением до и выше 1 000 В, где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус ток практически не зависит от величины сопротивления заземления.

Защитное заземление применяется также в сетях с большими токами замыкания на землю, т. е. в сетях напряжением выше 1 000 В с эффективно за­земленной нейтралью. В последнем случае замыкание на землю явля­ется коротким замыканием, при этом срабатывает макси­мальная токовая защита.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть выше 1 000 В, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициентом замыкания на землю в трехфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

В сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 000 В ток за­мыкания на землю тем больше, чем меньше сопротивление заземления, что значительно снижает эффективность защитного заземления.

Поэтому, согласно [1] в электрических сетях до 1000 В с глухозаземленной нейтралью защитное заземление применяется совместно с занулением.

Защитное заземление электроустановок в соответствии с ПУЭ следует выполнять вы­полнять во всех случаях, если напряжение в электроустанов­ке превышает 50 В переменного тока и 120 В постоянного тока.

В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напря­жениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

Требования защиты при косвенном прикосновении (обязательное заземление) распространяются на:

---

1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.;

2) приводы электрических аппаратов;

3) каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемных или открывающихся частей, если на последних установлено электрооборудование напряжением выше 50 В переменного тока или более 120 В постоянного тока;

4) металлические конструкции распределительных устройств, кабельные конструкции, кабельные муфты, оболочки и броню контрольных и силовых кабелей, оболочки проводов, рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов (токопроводов), лотки, короба, струны, тросы и полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых устанав­ливается электрооборудование;

5) металлические оболочки и броню контрольных и силовых кабе­лей и проводов на напряжения до 50 В переменного тока и до 120 В постоянного тока, проложенные на общих металлических конструкциях, в том числе в общих трубах, коробах, лотках и т. п., с кабелями и проводами на более высокие напряжения;

6) металлические корпуса передвижных и переносных электропри­емников;

7) электрооборудование, размещенное на движущихся частях стан­ков, машин и механизмов.

Перечень оборудования, которое не требуется заземлять, перечислено в ПУЭ, п. 1.7.48.

2. Устройство и нормирование параметров защитного заземления

2.1. Устройство защитного заземления

Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Для заземления электроустановок могут быть использованы естественные и искусственные заземлители.

Под естественными заземлителями следует понимать находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций, зданий и сооружений производственного назначения, используемые для целей заземления.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

1) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах ;

2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле ;

3) обсадные трубы буровых скважин;

4) металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные части затворов и т.п.;

5) рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами;

6) другие, находящиеся в земле, металлические конструкции и сооружения;

---

7) металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.

Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеют допустимые значения, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ не обязательно.

Под искусственными заземлителями понимают заземлители, специально выполненные для целей заземления. Для их сооружения необходимы дополнительные трудозатраты.

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

Они не должны иметь окраски.

Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать приведенным в таблице 2.1.

Стержни длиной 2,5 - 3 м погружаются (забиваются) в грунт вертикально в специально подготовленной вокруг защищаемой тер­ритории траншее (рисунок 2.1).

Заземлители закладывают как можно глубже. Это необходимо, чтобы обеспечить контакт с точками грунта, не подверженными промерзанию или высыханию.

По типу расположения одиночных заземлителей заземляющие устройства делятся на две группы:

одиночные заземлители, когда в качестве заземляющего устройства используется один вертикальный электрод или протяженный электрод;

групповые сосредоточенные заземлители, когда одиночные заземлители располагаются друг от друга на расстоянии не более длины электрода.

Одиночные заземлители могут располагаться по контуру и в ряд.

На практике в большинстве случаев используют не одиночные, а групповые сосредоточенные заземлители. С помощью таких заземлителей удается достичь требуемого нормами малого сопротивления заземлителя.

Рисунок 2.1 – Установка трубчатого заземлителя в траншее:

а – траншея; б – расположение электрода в грунте.

На рисунке 2.2, а показана конструкция заземлителей открытого и закрытого распределительного устройств (ОРУ и ЗРУ) в виде сетки 2 или контура 3 с приваренными к ним вертикальными электродами 1, образующими общую большую конструкцию с размерами по горизонтали в десятки и даже сотни метров.

Когда заземлитель выполнен в виде контура или сетки с вертикальными электродами, электрическое поле в основном зависит от контурного объема всего заземлителя S(l+t), где S – площадь, занимаемая заземлителем, (l+t) – глубина расположения нижних обрезов вертикальных электродов.

Таблица 2.1 – Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Материал	Профиль сечения	Диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, мм2	Толщина стенки, мм
1	2	3	4	5
Сталь черная	Круглый: для вертикальных заземлителей, для горизонтальных заземлителей Прямоугольный Угловой Трубный	16 10 - - - 32	- - - 100 100 -	- - - 4 4 3,5
1	2	3	4	5
Сталь оцинкованная	Круглый: для вертикальных заземлителей, для горизонтальных заземлителей Прямоугольный Трубный	12 10 - 25	- - 75 -	- - 3 2
Медь	Круглый Прямоугольный Трубный Канат многопроволочный	12 - 20 1,8*	- 50 - 35	- 2 2 -

---