Файл: В. А. Власов Доктор технических наук, профессор тгасу.pdf

128
Рис. 47. Снижение сопротивления основной изоляции до 7,5 кОм
Рис. 48. Снижение сопротивления дополнительной изоляции до 7,5 кОм
В данной схеме моделируется снижение сопротивления основной и дополнительной изоляции электроприемника до 7,5 кОм установкой перемычки.
При правильно собранной электрической схеме после включения источника питания и установки перемычки, срабатывает автоматическое отключение питания при сверхтоках
При правильно собранной электрической схеме амперметр показывает значение силы тока через тело человека, а вольтметр – напяжение прикосновения.
Результаты измерений тока и напряжения при снижении сопротивления изоляции заносятся в табл. 39. Вид обуви и тип пола варьируется различными положениями щупа амперметра в блоке 309.1.

129
Таблица 39
Определение силы электрического тока через тело человека при снижении
основной и дополнительной изоляции электроприемника
Снижение сопротивления изоляции
R
п, кОм
I
ч, мА
U
пр, В основная
1 10 100 дополнительная
1 10 100
Устройство защитного отключения, реагирующее на дифференциальный
ток
Для измерения силы тока при прямом прикосновении собирается электрическая схема, изображенная на рис. 49.
Рис. 49. Исследование действия устройства защитного отключения
При правильно собранной электрической цепи амперметр показывает значение силы тока через тело человека, а вольтметр – напяжение прикосновения, в данном случае фазное напряжение в сети.
Результаты измерений тока и напряжения при различном сопротивлении обуви и пола заносятся в табл. 40, при этом УЗО необходимо исключить из схемы. Вид

130 обуви и тип пола варьируется различными положениями щупа амперметра в блоке
309.1.
При включении в цепь устройства защитного отключения заполняется первый столбец табл. 40, если защита страбатывает, то в соответствующей ячейке ставится знак «+», в противном случае – «–».
Табл. 40
Определение силы электрического тока через тело человека
при прямом прикосновении и действии УЗО
Действие
УЗО
R
п, кОм
I
ч, мА
U
пр, В
1 10 100
К
ОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
Перечислите факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током.
2.
Дайте определения следующим понятиям: напряжение шага,
напряжение прикосновения, токоведущая часть, электроустановка.
3.
Какие существуют средства защиты человека от прямого и косвенного прикосновения?
4.
Перечислите существующие системы заземления.
Список литературы:
1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) (в редакции от 20.12.2017) /
Министерство энергетики Российской Федерации. – 7-ое изд-е. – М.:
Главгосэнергонадзор России, 2019. – 607 с.
2. Приказ Минтруда России от 15.12.2020 N 903н "Об утверждении Правил по охране труда при эксплуатации электроустановок" (Зарегистрировано в
Минюсте России 30.12.2020 N 61957)
3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
(ПТЭЭП). – М.: ЗАО «Энергосервис», 2003. – 286 с.
4. Правила по охране труда при эксплуатации электроустановок. – М.: Изд-во
ЦЕНТРМАГ, 2021. – 154 с.
5. ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001. – 6 с.

131
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И
ЗАНУЛЕНИЯ
ЦЕЛЬ
Оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от сети с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ.
Оценить эффективность действия защитного заземления и зануления в электроустановках, питающихся от сети с заземленной нейтралью напряжением до
1 кВ.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Все случаи поражения человека током возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека, то есть при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи. Опасность такого прикосновения оценивается значением силы тока, проходящего через тело человека.
Опасность поражения током зависит от ряда факторов: схемы замыкания цепи через тело человека, напряжения и типа сети, сопротивления изоляции, емкости токоведущих частей относительно земли и т.д.
Следовательно, вероятность поражения электрическим током не является однозначной: в одних случаях замыкание цепи через тело человека будет сопровождаться прохождением малых токов и окажется не опасным, в других – токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека.
Одной из основных причин несчастных случаев от электрического тока является появление напряжения на металлических частях электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением (на корпусах, кожухах, ограждениях и т.п.). Напряжение на этих частях может появиться в результате повреждения изоляции токоведущих частей электрооборудования, падения провода, находящегося под напряжением, замыкания фазного провода на землю.
Опасность поражения током в этих случаях устраняется с помощью защитного заземления, зануления, защитного отключения, выравнивания потенциала, двойной изоляции, а также благодаря применению малых напряжений и специальных защитных средств – переносных приборов и приспособлений.
Защитное заземление
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние, вынос потенциала и т.п.). [1], [5]
Принцип действия защитного заземления заключается в снижении напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования, а также путем выравнивания потенциалов основания,

132 на котором стоит человек, и заземленного оборудования, за счет появления потенциалов на поверхности земли при стекании тока в землю. Данные потенциалы возникают из-за сравнительно большого удельного сопротивления грунта (103 – 104 Ом∙м) и уменьшаются по мере удаления от места стекания тока в землю. В непосредственной близости от места стекания тока в землю потенциал основания, на котором стоит человек, практически равен потенциалу заземленного оборудования. При этом разность потенциалов, определяющая напряжение прикосновения, минимальна. По мере удаления данного основания от места стекания тока в землю указанная разность потенциалов возрастает, то есть эффект выравнивания потенциалов ослабевает. При удалении человека от места стекания тока в землю на 20 м и более напряжение прикосновения практически равно потенциалу корпуса электроустановки оказавшейся под напряжением.
Если корпус электрооборудования не заземлен и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазе. В этом случае величина тока в комплексной форме, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводу трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью (рис. 1.), определяется соотношением:
,
(1) где I – ток через тело человека, А; Uф – фазное напряжение, В; Zи – полное сопротивление изоляции одной фазы, Ом; Rч – сопротивление тела человека, Ом;
Rоб – сопротивление обуви, Ом; Rп – сопротивление пола, Ом.
Рис. 50. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной электрической
сети с изолированной нейтралью
Для трехфазной электрической сети с глухо заземленной нейтралью (рис.
51.) проводимость изоляции фазных проводов относительно земли пренебрежимо мала по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому величина тока через тело человека практически не зависит от сопротивления изоляции и равна

133
,
(2) где Rз – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Рис. 51. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной электрической
сети с глухо заземленной нейтралью
Наиболее неблагоприятный тот случай, когда человек прикоснувшийся к фазе имеет на ногах токопроводящую обувь – сырую или подбитую металлическими гвоздями и стоит непосредственно на сырой земле или на проводящем основании – на металлическом полу, на заземленной металлической конструкции, то есть когда можно принять R
об
= 0 и R
п
= 0. Сопротивление заземления нейтрали обычно во много раз меньше сопротивления тела человека
(как правило, не превышает 10 Ом) и им можно пренебречь. При этих условиях величина тока через тело человека достигает опасной величины. Например, при
R
ч
= 1 кОм и R
з
= 4 Ом, ток равен 0.22 А:
(3)
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляющие части с заземлителем. [1], [5]
Заземлители бывают искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления и естественные, находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.
Для искусственных заземлителей применяются обычно вертикальные и горизонтальные электроды, т.е. одиночные заземлители. В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы диаметром 3–5 см. и угловая сталь размером от 40×40 до 60×60 мм. длинной 2.5–3 м, а также стальные прутки диаметром 10–12 мм и длинной до десяти метров.
Для соединения вертикальных электродов между собой и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением не менее 4×12 мм или сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

134
Для погружения в землю вертикальных электродов предварительно роют траншею глубиной 70–80 см, после чего их забивают и верхние концы соединяют стальной полосой с помощью сварки. В таких же траншеях прокладывают и горизонтальные электроды. Траншею засыпают землей, очищенной от строительного мусора, а затем тщательно утрамбовывают, что обеспечивает лучшую проводимость грунта, а следовательно, уменьшает расход металла на устройство заземления.
В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющих устройств – выносные и контурные. У выносного заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование. Это приводит к тому, что практически не происходит выравнивание потенциала основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования. Эффективность применения такого заземляющего устройства обусловлена только снижением потенциала заземленного оборудования. При этом оказывается несущественным число и схема расположения заземляющих электродов, рис. 52.
При замыкании фазы на корпус и стекании тока через заземлитель потенциал достигает максимума в точке поверхности над заземлителем и практически затухает через 20 м. При этом на руку человека, прикоснувшегося к корпусу электрооборудования, действует потенциал заземлителя, а ноги находятся под потенциалом, близким к нулю. Напряжение прикосновения, равное разности потенциалов руки и ног, в данном случае практически равно потенциалу заземлителя.
Рис. 52. Выносной (сосредоточенный) заземлитель
Контурные заземляющие устройства характеризуются по возможности равномерным размещением заземляющих электродов по площадке, на которой установлено электрооборудование. Снижение напряжения прикосновения в этом случае обусловлено не только перераспределением падения напряжения источника, но и выравниванием потенциалов заземленного корпуса электроустановки и основания, на котором стоит человек, как это показано на рис. 53.

135
Рис. 53.Случай контурного (распределенного) заземлителя
При этом распределения потенциалов отдельных заземлителей складываются, получается суммарное распределение потенциала в соответствии с принципом суперпозиции. Таким образом, потенциалы в точках рабочей площадки по своей величине приближаются к потенциалу заземленного корпуса оборудования, поэтому напряжение прикосновения значительно уменьшается и составляет доли потенциала заземлителя.
В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов, металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций зданий и сооружений, имеющие соединение с землей, металлические шпунты гидротехнических сооружений, свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. [1], [5]
Алюминиевые оболочки кабелей и проводники не допускается использовать в качестве естественных заземлителей.
В электрических распределительных устройствах высокого напряжения в качестве естественного заземлителя используется заземление опор отходящих воздушных линий с грозозащитными тросами при условии, что тросы не изолированы от опор.
Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, поэтому использование их для целей заземления экономически весьма целесообразно.
Заземляющие проводники, т.е. проводники, соединяющие заземляемое оборудование с заземлителем выполняются обычно из полосовой стали. Прокладка их производится по стенам и другим конструкциям зданий.

136
Присоединение заземляемого оборудования к магистралям заземления, т.е. к основному заземляющему проводнику, идущему от заземлителя, осуществляется с помощью отдельных проводников. При этом последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.
Соединения заземляющих проводников между собой, а также заземлителями и заземляемыми конструкциями выполняются, как правило, сваркой, а с корпусами аппаратов, машин и другого оборудования – сваркой или с помощью болтов.
Отличительной окраской заземляющей сети является черный цвет, в которой должны быть окрашены все открыто расположенные заземляющие проводники, конструкции и полосы сети заземления.
Область применения защитного заземления – трехфазные сети до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В. с любым режимом работы нейтрали.
Требования к устройству защитного заземления и зануления определены
Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [1], в соответствии с которыми защитному заземлению или занулению подлежат все металлические и другие токопроводящие части электроустановок и оборудования, которые случайно в аварийном режиме могут оказаться под напряжением (ССБТ ГОСТ 12.1.030-81)
[5]:

при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках;

при номинальном напряжении выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных помещениях и в наружных электроустановках;

во взрывоопасных помещениях необходимо заземлять все оборудование независимо от напряжения.
При номинальных напряжениях менее 42 В переменного тока или 110 В постоянного тока заземления или зануления электроустановок не требуется.
Для заземления установок, которые питаются от одной сети, целесообразно проектировать общее заземляющее устройство. Если имеется несколько заземляющих устройств, они должны быть электрически соединены между собой.
Для осуществления эффективной защиты величина сопротивления защитного заземления не должна превышать значений, при которых напряжение прикосновения или шаговое напряжение достигают опасных величин (табл. 2).

137
Таблица 41
Максимально допустимые значения сопротивления защитного заземления
в зависимости от характеристик электрических сетей.
(Iз расчетный ток замыкания на землю, А)
Допустимое сопротивление заземляющего устройства
R, Ом
Характеристика электроустановок
Электроустановки напряжением до 1000 В (нейтраль изолирована)
4
Для электроустановок мощностью источника более 100 кВА
10
Для электроустановок при мощности генераторов и трансформаторов до 100 кВА
125/Iз, но не более 10
Если заземляющее устройство является общим для электроустановок напряжением до 1000 В и выше 1000 В
Электроустановки напряжением выше 1000 В
250/Iз, но не более 10
Если заземляющее устройство используется в сети с изолированной нейтралью
0.5
Если заземляющее устройство используется в сети с эффективно заземленной нейтралью