5.1.1 Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение частей электроустановки с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности.

Корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металлические нетоковедущие части могут ока­заться под напряжением при замыкании на корпус.

Если корпус не имеет контакта с землей, то прикосновение к нему в этом случае так же опасно, как и прикосновение к фазе с исправной изоляцией.

Если же корпус соединен с землей (рисунок 5.1), он окажется под напряжением, равным

U_З = I_З R_З, (5.1)

где I_З – ток замыкания;

R_З – сопротивление заземляющего устройства.

Рисунок 5.1 – Выносное заземление:

а – принципиальная схема; б – вид в плане.

Человек, касающийся этого корпуса, попадает под напряжение при­косновения

U_пр = U_З ₁, (5.2)

где ₁ – коэффициент напряжения прикосновения, имеющий величину меньше единицы и равный отношению напряжения на теле человека к напряжению на заземлителе.

Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном прикосновении к ним человека.

Ток через человека равен [3]

(5.3)

где R_ch =R_h+R_об+R_н – полное сопротивление цепи через человека, состоящее из сопротивления тела человека R_h, сопротивления обуви R_об и сопротивления опорной поверхности ног R_н.

Последнее выражение показывает, что чем меньше величины R_З и ₁, тем меньше ток через человека, стоящего на земле и касающегося корпуса оборудования, который находится под напряжением.

Таким образом, электробезопасность обеспечивается путем заземления корпуса посредством заземлителя, имеющего малое сопротивление заземления R_З и малый коэффициент напряжения прикосновения ₁.

5.1.2 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 глухозаземленной 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 и защитным отключением.

Занулением в электроустановках напряжением до 1000 В называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.

Защитным отключением в электроустановках до 1000 В называется автоматическое отключение всех фаз (полюсов) участка сети, обеспечивающее безопасные для человека сочетания тока и времени его прохождения при замыканиях на корпус или снижении уровня изоляции ниже определенного значения.