Защитное заземление

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают в электроустановках до 1000 В использование трехфазной трехпроходной сети с изолированной нейтралью и четырехпроводной трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью. По технологическим требованиям предпочтение отдается четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью, т.к. в ней возможно получение фазного и лиенйного напряжений и обеспечивается работа генератора на несимметричную нагрузку.

Электроустановки и их части должны быть выполнены таким образом, чтобы персонал не подвергался опасным и вредным воздействиям электрического тока и электромагнитных полей при нормальном и аварийном режиме работы электроустановки.

Для обеспечения защиты от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции применяется защитное заземление.

Согласно ГОСТ 12.1.009 защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением (при пробое на корпус или по другим причинам). Оно применяется в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.

Принцип действия защитного заземления — снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения (рис.1)

Если корпус электрооборудования не заземлен и он оказался в контакте с фазой, при прикосновении человека к такому корпусу равносильно однополюсному прикосновению. При малом сопротивлении обуви (Roб=0), пола (Rп=0), изоляции (11из=5000 Ом), сопротивления тела человека (Rиз=1000 Ом) и фазном напряжении (Uф=220 В), ток, протекающий через тело человека

может достигать опасных значений:

Іч=

Такой ток опасен для человека, т.к. при длительном протекании тока может возникнуть фибрилляция сердца.

Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу, равно:

U_пр =Іч*Rч= 0,08*1000 = 80, В

Если же корпус заземлен, то на корпусе появится напряжение, равное произведения показаний тока замыкания 1з и сопротивления заземлителя Rз

U_пр = Із*Rз

Ток однофазного замыкания на землю в сети с напряжением до 1000В обычно не превышает 10 А, а сопротивление защитного заземления не более 4 Ом. Следовательно, напряжение прикосновения при Rз=l Ом будет

U_пр = 10*1=10,В

Ток, протекающий через тело человека

Іч=Uпp/Rч=10/1000=10, мА

Такой ток является безопасным для человека.

Выводы: чем меньше сопротивление заземления R3, тем меньше ток, протекающий чере г тело человека и меньше вероятность поражения электрическим током.

Присоединение заземленного оборудования к магистрали заземления, т.е. к основному заземляющему проводнику, идущему от заземлителя, осуществляется с помощью отдельных проводников (рис.2), при этом включение заземялемого оборудования не допускается.

Рисунок 2 – Присоединение заземленного оборудования к магистрали заземления

Соединение заземляющих проводников между собой и заземляемыми конструкциями выполняется сваркой, а с корпусами оборудования сваркой или болтами. Элементы заземляющей сети, проложенные открыто, как правило, окрашиваются в черный цвет.

В помещениях с повышенной опасностью или особо опасных заземление является обязательным при напряжении электроустановки выше 36 В переменного и 110 В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности - при напряжении 500 В и выше; лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется при всех напряжениях электроустановки.

Заземлению подлежат: металлические корпуса электромашин, трансформаторов, аппаратов, светильников, ручных инструментов и т.п.; приводы электрических аппаратов разъединителей, выключателей и т.п.; металлические кабельные конструкции и т.п.

Однополюсное прикосновение в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралью

Ток, протекающий через тело человека, зависит от значения напряжения, схема включения человека, режима нейтрали, сопротивления и емкости электрической сети относительно земли.

Однополюсным называется прикосновение к одному полюсу. В электроустановках переменного тока прикосновение называют однофазным.

Рисунок 1 - Однополюсное прикосновение в сети с заземлённой нейтралью

В сети с заземленной нетралью в цепи тока, проходящего через тело человека, последовательно с сопротивлением человека Rч включены сопротивление обуви Rоб, сопротивление пола Rп и сопротивление нейтрали Rо.

С учетом всех этих сопротивлений можно определить ток, протекающий через тело человека

Если человек имеет на ногах токонепровдящую обувь и стоит на изолирующем основании, то принимая Rч=1000 Ом, Roб=50000 Ом, Rп=60000 Ом, Ro=10 Ом, получим

Такой ток безопасен для человека. В действительности сухие деревянные полы, резиновые коврики и обувь обладают значительно большими сопротивлениями по сравнению с принятыми нами, т.е. ток Iчз, протекающий через тело человека будет еще меньше.

Рассмотрим неблагоприятный случай, когда человек прикоснувшись к фазному проводу, имеет на ногах токопроводящую обувь и стоит непосредственно на сырой земле или токопроводящем полу (заземленная металлоконструкция, металлический пол и т.д.). Так как сопротивление нейтрали не превышает 10 Ом, то им можно пренебречь. Значение тока Iпз будет определятьсяпо формуле

Такой ток смертельно опасен для человека.

В сети с изолированной нейтралью ток, протекающий через тело человека, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов, которая обладает большим сопротивлением.

Рисунок 2 – Однополюсное прикосновение в сети с изолированной нейтралью

Значение тока протекающего через тело человека, определяется по формуле

, А

Ёмкостные составляющие тока малы и его можно пренебречь

Если принять =50 000 Ом, = 60 000 Ом, = 90 000, то

= 1,5 мА

Такой ток безопасен для человека.

В худшем случае, когда человек имеет проводящую обувь( ) и стоит на токоведущем полу =0) ток определяется по формуле

= = 7 мА

Этот ток значительно меньше для аналогичного случая в сети с заземлённой нейтралью.

Выводы: 1) В сети с изолированной нейтралью условия безопасности зависят не только от сопротивления пола и обуви ), но и от сопротивления изоляции проводов относительно земли. 2) Чем лучше изоляция , тем меньше ток, протекающий через тело человека. 3) В сети с заземлённой нейтралью, сопротивление изоляции не имеет значения. 4) При прочих равных условиях однополюсное прикосновение в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземлённой нейтралью.

В случае аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Объясняется это тем, что при такой аварии напряжение между фазой и землёй в сети с изолированной нейтралью может возрасти с фазного (220В) до линейного(380 В) . В сети с заземлённой нейтралью в аналогичной ситуации повышение напряжения может быть незначительным.

В сетях напряжением выше 1000 В в следствии большой их протяжённости, а следовательно, ,большой ёмкостной проводимости между фазами и землёй опасность однополюсного и двухполюсного прикосновения одинакова и не зависит от режима нейтрали. Любое прикосновения является очень опасным , так как ток, протекающий через тело человека, достигает очень больших значений.