Технічні способи та засоби захисту при переході напруги на нормально неструмовідні частини електроустановок

Захисне заземлення застосовують у мережах з напругою до 1000 В з ізольова­ною нейтраллю та в мережах напругою вище 1000 В з будь-яким режимом нейтралі джерела живлення.

Захисне заземлення — це навмисне електричне з'єднання із землею або з її еквівалентом металевих частин електроустановки, які нормально не перебувають під напругою, але можуть опинитись під напругою в аварійних режимах роботи. Призначення захисного заземлення полягає в тому, щоб у випадку появи напруги на металевих конструктивних частинах електроустановки (наприклад, внаслідок замикання на корпус при пошкодженні ізоляції) забезпечити захист людини від ураження електричним струмом у разі її доторкання до таких частин. Це досягається шляхом зниження до безпечних значень напруг дотику та кроку.

Якщо корпус установки є незаземленим і відбулося замикання на нього однієї із фаз, то доторкання людини до такого корпуса рівнозначно доторканню до фази. Якщо ж корпус електрично з'єднаний із землею (рис. 3.25, а), то він опиниться під напругою замикання Uз = IзRз, а людина, яка доторкається до такого корпуса потрапляє під напругу дотику Uдот = Uз а. Струм, який пройде через людину, в такому випадку визначається із рівняння:

Iл =

звідки видно, що чим меншими є значення Rз та а, тим менший струм пройде через тіло людини, яка стоїть на землі і доторкається до корпуса установки. Таким чином, захист від ураження струмом забезпечується шляхом приєднання корпуса до заземлювача, який має малий опір заземлення Rз та малий коефіцієнт напруги доторкання а.

Із еквівалентної електричної схеми видно, що людина дотор­каючись до заземленого корпуса, який опинився під напругою під'єднується до електрич­ного кола однофазного струму паралельно опору заземлення. Оскільки опір заземлення малий, то основна частина струму замикання на землю пройде саме через нього, а через людину пройде малий (безпечний) струм. У цьому і полягає суть захисного заземлення. Причому струм, що пройде через людину зменшиться у стільки разів, у скільки опір людини більший за опір заземлення. Якщо прийняти, що опір людини Rл = 1000 Ом, а опір заземлення Rз = 4 Ом, то струм, який пройде через людину, що доторкнулася до заземленого корпуса, котрий опинився під напругою, буде в 250 разів менший ніж у випадку, коли таке захисне заземлення відсутнє.

Заземлювальним пристроєм називають сукупність конструктивно з'єднаних заземлювальних провідників та заземлювача. Заземлювач — провідник або сукупність електрично з'єднаних провідників, які перебувають у контакті із землею, або її еквіва­лентом. Заземлювачі бувають природні та штучні. Як природні заземлювачі використовують електропровідні частини будівельних і виробничих конструкцій, а також комунікацій, які мають надійний контакт із землею (водогінні та каналізаційні трубопроводи, фундаменти будівель і т. п.). Для штучних заземлювачів використовують сталеві труби діаметром 35—50 мм (товщина стінок не менше 3,5 мм) та кутники (40x40 та 60x60 мм) довжиною 2,5—3,0 м, а також сталеві прути діаметром не менше ніж 10 мм та довжиною до 10 м. В більшості випадків штучні вертикшіьні заземлювачі забивають у землю на глибину Л = 0,5—0,8 м . Вертикальні зазем­лювачі з'єднують між собою заземлювальним провідником (горизонтальною штабою з попе­речним перерізом не менше ніж 4x12 мм або прутком з діаметром не менше ніж 6 мм) за допомогою зварювання. Для забезпечення надійного контакту, приєднання корпуса установки до магістралі заземлення здійснюється зваркою або болтовим зєднанням у спеціальному місці корпуса, що має антикорозійнуобробку. Установки, що підлягають заземленню приєднуються до магістралі заземлення виключно паралельно за допомогою окремого провідника. Послідовне приєднання таких установок до магістралі заземлення не допускається . Залежно від розташування заземлювачів стосовно устаткування, що підлягає заземленню, розрізняють виносне (зосереджене) та контурне (розподілене) заземлення. Перевага виносного заземлення полягає в тому, що можна вибрати місце розташування заземлювачів з найменшим опором грунту (землі). Заземлювачі контурного заземлення розташовують безпосередньо біля периметра (контура) дільниці, на якій знаходиться заземлюване устаткування. Це дозволяє вирівняти потенціали всередині контура, а відтак — знизити напругу дотику та кроку. Тому більш ефективним з точки зору електробезпеки є контурне заземлення.

Відповідно до Правил улаштування електроустановок (ПУЕ) захисне заземлення належить виконувати: при напрузі змінного струму 380 В і вище та 440 В і вище для постійного струму — у всіх електроустановках; при номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110 В — лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках; при будь-якій напрузі змінного та постійного струму — у вибухонебезпечних установках.

Rз

Рис. 3.25. Захисне заземлення:

схема доторкання людини до заземленого корпуса, який опинився під напругою

В процесі експлуатації електроустановок можливе порушення цілісності зазем-лювальних провідників та підвищення опору заземлення вище норми. Тому ПУЕ передбачено проведення візуального контролю (огляду) цілісності

Для зменшення небезпеки ураження струмом, яка виникає внаслідок обриву нульового провода, влаштовують (багатократно) додаткове заземлення нульового провода. Слід зазначити, що одночасне заземлення та занулення корпусів електроустановок значно підвищує їх електробезпеку.

Захисне вимикання застосовується, як основний або додатковий захисний засіб, у будь-яких електроустановках, але особливо тоді, коли з різних причин важко забезпечити ефективне заземлення чи занулення, а також коли є висока імовірність випадкового доторкання до струмовідних частин. Такі умови частіше за все виникають у пересувних електроустановках, а також у стаціонарних, що розташовані в районах з поганою провідністю грунту. Захисне вимикання є незамінним засобом для ручних електро­інструментів, які у значній кількості застосовують у багатьох галузях виробництва.

Захисне вимикання — це швидкодіючий захист, який забезпечує автоматичне вимкнення електроустановки (не більше ніж за 0,2 с) у разі виникнення в ній небезпеки ураження струмом.

Існує багато схем захисного вимикання. Як приклад розглянемо схему пристрою захисного вимикання, що наведений на рис. Такий пристрій слугує додатковим захистом до заземлення і призначений для усунення небезпеки ураження струмом у разі появи на заземленому корпусі електроустановки підвищеної напруги.

У разі пошкодження чи пробою ізоляції та переході напруги фази на корпус установки 1 спочатку проявляється захисна властивість заземлення, завдяки якій напруга на корпусі знижується до деякої величини U кор =IзRз . Якщо значення

U кор буде вищим за гранично допустиму напругу U кор. доп., то спрацює пристрій захисного вимикання: реле максимальної напруги Н, замкнувши контакти, подає живлення на котушку вимкнення КВ, яка розмикає контакти автоматичного вимикача 2, при цьому установка від'єднується від електромережі.