Тема 2.1 Общие сведения о способах электрозащиты. Защитное заземление и зануление

[1]стр104-113

При обслуживании электрических установок возможны случаи, когда металлические конструктивные части, нормально не являющиеся токоведущими и не находящиеся под напряжением, электрически соединяются с элементами цепи электрического тока и получают вследствие этого потенциал, отличный от потенциала земли. Замыкание, возникающее в машинах, аппаратах, линиях, на нетоковедущие части конструкции называют замыканием на корпус. В этих случаях человек, не имеющий специальных средств защиты (резиновых перчаток, галош и т.п.), может, прикоснувшись к этим частям, оказаться под напряжением: через его тело пройдет ток, опасный или смертельный для организма.

Для обеспечения безопасности обслуживания электроустановок применяют защитное заземление, зануление или защитное отключение. Выбор вида защиты зависит от режима работы нейтрали генераторов и трансформаторов.

Нейтрали генераторов и трансформаторов, соединяющиеся с заземляющим устройством через резистор малого сопротивления, называют глухозаземленными. Нейтрали, не присоединенные к заземляющим устройствам непосредственно или присоединенные через резисторы большого сопротивления (например, трансформаторы напряжения), называют изолированными (рис. 5.1, б). Электроустановки переменного тока напряжением до 1000 В конструктивно выполняют глухозаземленными или с изолированной нейтралью, а электроустановки постоянного тока — глухозаземленными или с изолированной средней точкой. В четырехпро-водных сетях переменного тока должно быть обязательно глухое заземление нейтрали.

Защитным заземлениемэлектрической установки называют преднамеренное соединение ее нетоковедущих частей с заземляющим устройством, представляющим собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Оно широко используется в электроустановках, работающих в сетях с изолированной нейтралью. При этом осуществляется непосредственная металлическая связь корпусов электрооборудования с землей, имеющая своей целью предельно ограничить разность потенциалов, которая может воздействовать на человека, одновременно соединенного с землей и корпусом.

Человек, прикоснувшийся к корпусу двигателя в момент, когда произошло замыкание на корпус одной из фаз при отсутствии заземления, подвергается действию фазного напряжения. Для устранения такой опасности корпус двигателя следует надежно заземлить. В этом случае при пробое изоляции одной из фаз на корпус двигателя последний оказывается по отношению к земле под напряжением

Напряжение U_Чприкладываемое к телу человека, и ток I_Ч, протекающий через него, соответственно равны

где IЗ - сила тока, проходящего через заземляющее устройство;

R_Ч - сопротивление тела человека;

R₃ - сопротивление заземляющего устройства.

К частям силового электрооборудования, подлежащим заземлению, относят:

• корпуса электрических машин, трансформаторов и аппаратов;
• приводы электрических аппаратов;
• вторичные обмотки измерительных трансформаторов;
• каркасы распределительных щитов, шкафов и пультов управления;
• металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции;
• металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и брони контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, стальные трубы для проводов электросети и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования;
• металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников.

Заземлению не подлежит электрооборудование, которое по характеру своего расположения и способу крепления имеет надежный контакт с другими заземленными металлическими частями установки:

• оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях {при этом на опорных поверхностях должны быть предусмотрены зачищенные и незакрашенные места);
• корпуса электроизмерительных приборов, реле и т.п., установленных на щитах, шкафах и пультах;
• съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах любых электроконструкций.

Вместо заземления отдельных электродвигателей и аппаратов на станках и других механизмах допускается непосредственное заземление станин станков и механизмов при условии обеспечения надежного электрического контакта между корпусом электрооборудования и станиной.

Если выполнение заземления, удовлетворяющего всем требованиям ПУЭ, невозможно по условиям технологического процесса (например, в зоне обслуживания электролизных ванн алюминиевых и других заводов) или представляет значительные трудности, то взамен его допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок. Последние должны быть выполнены так, чтобы прикосновение к представляющим опасность незаземленным частям было возможно только с этих площадок. Должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрооборудования и к частям зданий или оборудования, имеющим соединение с землей.

Для защиты от перехода высокого напряжения в сеть низкого напряжения при пробое изоляции обмоток трансформаторов в этих установках обмотку трансформатора заземляют через пробивной предохранитель. В случае попадания тока высокого напряжения в сеть тока низкого напряжения происходит электрический пробой пробивного предохранителя и обмотка низшего напряжения трансформатора оказывается заземленной.

В качестве естественныхзаземлителей используют: свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле; металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, галереи, площадки и т.п.); стальные трубы электропроводок; обсадные трубы скважин; металлические, стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации и центрального отопления.

Если естественных заземлителей нет или их использование не дает нужных результатов, то применяют искусственныезаземли-тели в виде стержней из угловой или круглой стали и из газоводопроводных труб.

Выбор угловой стали зависит от характера грунта и способа забивки стержней. Газовые трубы для стержней применяют диаметром 2 дюйма в твердых и средних грунтах и 1¹/4 дюйма — в мягких, причем в целях экономии используют, как правило, некондиционные трубы. Длину стержней и глубину их заложения выбирают в зависимости от климатических условий.

Для грунтов, кроме вечномерзлых и скалистых, рекомендуется : применять для заземлителей круглую сталь диаметром 12 мм. Освоена технология быстрого погружения в грунт стержней из этой Стали длиной до 5м (с помощью электродрелей и вибрационным , способом). Применение таких стержней вместо стержней из угловой стали 50x50x5 мм длиной 2,5...3,0 м экономит время и снижает трудоемкость монтажных работ, а также дает значительную . экономию металла благодаря тому, что у стержня из стали диаметром 12мм и длиной 5м сопротивление растеканию тока примерно в 2 раза меньше, чем у стержня из угловой стали размером = 50x50x5 мм длиной 3 м.

В качестве заземляющих проводников применяют главным образом круглую сталь диаметром 5 (внутри здания) и 6 мм (в земле); полосовую сталь сечением 24 (внутри здания) и 48 мм^: (в земле) при толщине 4 мм.

'Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах.

Работа заземляющих устройств связана с растеканием тока с заземлителей в землю. При пробое изоляции токоведущих частей на корпус заземленного электрооборудования заземляющее устройство получает потенциал

По мере удаления от заземляющего устройства потенциал поверхности земли по отношению к точке с нулевым потенциалом снижается. Зависимость потенциала (φ от расстояния до заземлителя определяется типом заземлителя и свойствами грунта, в котором расположен заземлитель. При расстоянии 15... 20м от заземлителя потенциал φ равен нулю.

Если к заземлителю подходит человек, то его ноги находятся в точках земли с разными потенциалами (обычно длина шага 0,8 м), вследствие чего через тело человека проходит электрический ток. Человек в этом случае находится под действием напряжения шага, которое увеличивается по мере приближения к заземлителю и при увеличении длины шага.

Напряжение шага

где φ1 и φ2 — потенциалы точек, находящихся друг от друга на расстоянии шага.

Напряжение шага считается безопасным, если оно не превышает 40В. Реально оно представляет опасность для человека лишь в сетях с напряжением более 1000 В. В этом случае для зашиты от шагового напряжения применяют диэлектрические боты. А в случае попадания человека под напряжение шага, он должен срочно выйти из опасной зоны малыми шажками или прыжками на одной ноге.

Зануление.В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на нетоковедущие части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с наименьшим временем отключения. С этой целью в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, а также в трехпроводных сетях постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обязательно зануление — металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки. Проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента предохранителя.

Схема зануления включает в себя следующие элементы: нулевой провод питающей сети, заземление нейтрали источника питания (рабочее заземление) и повторное заземление нулевого провода. Нулевой провод питающей сети в схеме зануления обеспечивает создание цепи с малым сопротивлением для тока при замыкании фазы на корпус и превращении этого замыкания в однофазное короткое замыкание. Различают нулевой защитный 0₃ инулевой рабочий 0_р провода (см. рис. 5.5, б). Нулевой защитный проводслужит для соединения зануляемых частей оборудования с глухозаземленной нейтралью источника тока, а нулевой рабочий провод — для питания электроприемников фазным напряжением. Однако схемы с разделением нулевого провода выполняют редко. В большинстве случаев используют один нулевой провод, одновременно выполняющий функции и рабочего, и защитного.

В качестве нулевых защитных проводов можно использовать:

• нулевые рабочие, специально предусмотренные проводники (четвертая или третья жила кабеля, четвертый или третий провод, стальные полосы и т.п.);
• стальные трубы электропроводки;
• алюминиевые оболочки кабелей;
• металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.);
• металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, галереи, площадки, шахты лифтов, подъемников, элеваторов, обрамление каналов и т.п.);
• металлические кожухи шинопроводов, металлические короба и лотки, предназначенные для прокладки проводов и кабелей;
• металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей, канализации, центрального отопления и бытового водопровода.

Магистрали зануления и ответвления от них должны быть доступными для осмотра. Это требование не распространяется на нулевые жилы и оболочки кабеля, а также нулевые защитные проводники, проложенные в трубах и коробах. Ответвления от магистралей зануления к зануляемой части электроустановок можно прокладывать скрыто (в стене, под чистым полом), однако такие ответвления не должны иметь соединений.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяют нейтрали трансформаторов (рабочего заземления), не должно превышать значения, приведенного в табл. 5.1. Эти сопротивления должны обеспечиваться с учетом использования естественных заземлителей и повторных заземлений нулевого провода воздушных линий (ВЛ) напряжением до 1000 В при числе отходящих линий не менее двух. Однако при этом должны предусматриваться и искусственные заземлители с сопротивлением не более приведенных в табл. 5.1.

Таблица Сопротивления заземления (Ом) при различном напряжении сети

Элемент заземления	Напряжение в сети, В
660/380	380/220	220/127
Сопротивление, Ом
Заземление нейтрали трансформатора, эквивалентное заземлителям:
	естественным и повторным нулевого провода
	искуственным
Повторное заземление нулевого провода, эквивалентное:
	всем повторным заземлениям каждому
	повторному заземлению

На концах ВЛ или ответвлений длиной более 200 м, а также на вводах в здания, электроустановки которых подлежат занулению, следует выполнять повторное заземление нулевого провода. При размещении электроустановок, подлежащих занулению, вне зданий, расстояние электроустановки до ближайшего заземлителя повторного заземления нулевого провода ВЛ или до заземлителя нейтрали источника питания должно быть не более 100м.