Защитное заземление

Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности [2].

Защитное заземление следует выполнять преднамеренным электрическим соединением металлических частей электроустановок с «землёй» или её эквивалентом [3].

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством открытых проводящих частей электроустановок (например, корпусов электрооборудования), которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние со­седних токоведущих частей, вынос потенциала и т. п. ).

Открытая проводящая часть – доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции [2].

Замыкание на корпус - случайный электрический контакт между токоведущими частями и открытыми проводящими частями электроустановки.

Назначение защитного заземления - устранение опасности пора­жения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим открытым проводящим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Причём, допустимые напряжения прикосновения и сопротивления заземляющих устройств должны быть обеспечены в любое время года [3].

Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землёй отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путём соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п.

Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землёй молниеприёмников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путём выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземлённого оборудования (подъёмом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземлённого оборудования).

Рассмотрим два случая. Корпус электроустановки не заземлён (рис. 3. 3). В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети.

Рис. 3. 3. Прикосновение человека к изолированному от земли корпусу при замыкании на него фазного проводника

 

(3. 1)

гдеU_ф- фазное напряжение сети, В; R_h, - сопротивление тела человека, Ом; Z - комплекс полного сопротивления проводника относительно земли, Ом;

 

(3. 2)

 

здесь r и С - сопротивление изоляции и ёмкость проводников относи­тельно земли соответственно; w - угловая частота, с^-1.

При малых значениях С (т. е. в коротких сетях) уравнение (3. 1) принимает вид:

 

(3. 3)

 

Корпус электроустановки заземлён (рис. 3. 2). В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным потенциалу заземлителя:

 

(3. 4)

 

Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае будут определяться по формулам:

 

 

(3. 5)

 

где  – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой (распределение потенциала по поверхности земли при стекании тока;

 – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий дополнительное сопротивление основания растеканию тока по поверхности земли.

Ток через тело человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях(a₁ = a₂ = 1), будет равен:

 

(3. 6)

Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока R_З, можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток через тело человека.

Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю I_З практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (система IT) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя (рис. 3. 4).

Область применения защитного заземления - трёхфазные трёхпроводные сети до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Сопротивление заземляющего устройства выбирается таким, что бы напряжение прикосновения не превышало допустимых значений. Для сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшие допустимые значенияr_з составляют 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть не более 100 кВ× А; а в остальных случаях r_з не должно превышать 4 Ом.

Рис. 3. 4. Принципиальная схема защитного заземления в сети с изолированной нейтралью (система IT)

При двойном замыкании на землю в сети трёхфазной трёхпроводной с изолированной нейтралью (система IT) до 1000 В, то есть замыкании двух фаз на два корпуса, имеющих раздельные заземлители (рис. 3. 5), эти и другие корпуса, присоединённые к указанным заземлителям, окажутся под напряжением относительно земли, равным: в установке 1 - U_з1= I_зr_з1, в установке 2 - U_з2 = I_зr_з2 соответственно.

Сопротивление изоляции и ёмкости фазных проводников относительно земли в данном случае практически не влияют на значение тока замыкания на землю, цепь которого устанавливается через сопротив­ления заземленийr_з1 и r_з2. При этом U_з1 + U_з2 = U_л (U_л - линейное напряжение сети). При равенстве r_з1 и r_з2, U_з1=U_з2= 0, 5U_л. Наличие таких напряжений на заземлённых элементах установок является опасным для человека, тем более, что замыкание в сетях до 1000 В может существовать длительно.

Рис. 3. 5 Принципиальная схема при двойном замыкании на землю (замыкание двух разных фаз сети на корпуса электроустановок, имеющие раздельные заземлители)

 

Если же заземлители, или корпуса электроустановок 1 и 2 соединить проводником достаточного сечения или эти заземлители выполнить как одно целое, то двойное замыкание на землю превратится в межфазное короткое замыкание, что вызовет быстрое отключение установок максимальной токовой защитой (предохранители, автоматические выключатели и т. п. ), т. е. обеспечит кратковременность опасного режима.

В сети с глухозаземлённой нейтралью (рис. 3. 6) при замыкании фазного проводника на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

 

(3. 7)

гдеr₀ - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

При этом фазное напряжение распределится между r_з иr₀, т. е.

 

; ;    (3. 8)

 

Таким образом, напряжение корпуса относительно земли зависит от соотношения сопротивлений r₀ и r_з. При равенстве r₀ и r_з напряжение на заземлённом корпусе будет

 

U_з = U₀ = 0, 5× U_ф

 

Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети на­пряжением до 1000 В с глухозаземлённой нейтралью защитное заземление не применяется.

 

Рис. 3. 6. Принципиальная схема защитного заземления в сети с глухозаземлённой нейтралью (система ТN)

 

В сетях с глухозаземлённой нейтралью и корпусами, имеющими отдельное заземление (система TТ) обязательным согласно ПУЭ является дополнительное применение устройств защитного отключения на дифференциальном токе (рис. 3. 7).

 

Рис. 3. 7. Защитное заземление в сети с глухозаземлённой нейтралью

(система ТТ)

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: