48. Защитное заземление, зануление

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение какой-либо части электроустановки с заземляющим устройством для обеспечения электробезопасности.

Конструктивными элементами защитного заземления являются заземлители - металлические проводники, находящиеся в земле, и заземляющие проводники, соединяющие заземляемое оборудование с заземлителем.

При защитном заземлении используется явление, возникающее во время стекания тока в землю, при котором происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения

При стекании тока в землю одновременно с положительным фактором - понижением потенциала заземлившейся токоведущей части - возникает и отрицательный фактор - появление потенциала на заземлителе и поверхности грунта вокруг него, что может также представлять опасность поражения электрическим током.

В земле во все стороны от заземлителя будет распространяться ток. Это пространство, называемое «полем растекания тока», практически ограничивается радиусом 20 м от заземлителя.

Потенциал любой точки этого поля можно найти расчетным путем. Вокруг полушарового заземлителя потенциал на поверхности земли изменяется по закону гиперболы. Применив уравнение потенциальной кривой для вертикального стержневого заземлителя, можно найти, что максимальный потенциал будет на самом заземлителе при расстоянии, равном половине диаметра заземлителя:

Отсюда сопротивление растеканию тока одиночного трубчатого или стержневого заземлителя (А), находящегося у поверхности земли: Заземлители могут быть естественные и искусственные. В качестве естественных заземлителей могут применяться:

а) расположенные под землей водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, а также горючих или взрывоопасных газов;

б) металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие соединение с землей;

в) обсадные трубы, металлические шпунты гидротехнических сооружений;

г) свинцовые оболочки кабелей, проложенных под землей. Естественные заземлители необходимо связывать с заземляющей сетью не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Если естественные заземлители обеспечивают требуемое сопротивление заземления, то устройство дополнительного искусственного заземления не требуется.

В качестве искусственных заземлителей могут применяться:

а) вертикально забитые стальные трубы длиной 2-3 м и диаметром 25-62 мм; стальные прутки диаметром 10-12 мм, стальные уголки 60 X 60 мм и близкие к ним;

б) горизонтально уложенные стальные полосы и круглые проводники и др.

Сопротивление заземляющего устройства для установок напряжением до 1000 В должно быть не более 4 Ом; если мощность источника тока меньше 100 кВа, то допускается 10 Ом.

Заземление электроустановок необходимо выполнять: при напряжении 500 В и выше переменного и постоянного тока - во всех случаях; при напряжении выше 36 В переменного и 110 В постоянного тока - в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках; при всех напряжениях переменного и постоянного тока - во взрывоопасных помещениях.

Заземление электроустановок не требуется при номинальных значениях напряжения 36 В и ниже переменного и 110 В и ниже постоянного тока во всех случаях, за исключением взрывоопасных установок.

Защитным занулением в электроустановках напряжение до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухо земленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях фазного тока. Задачей зануления является создание наименьшего сопротивления пути для тока однофазного КЗ, обеспечивающего надежное отключение автоматических выключателей, магнитных пускателей, предохранителей.

Зануление является одним из средств, обеспечивающих безопасную эксплуатацию электроустановок. Оно выполняется присоединением к неоднократно заземленному нулевому проводу корпусов и других конструктивных металлических частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при повреждении изоляции.

Зануление, как и защитное заземление, предназначено для устранения опасности поражения людей электрическим током при пробое изоляции и переходе напряжения на корпус. Но выполняется эта задача другим способом - автоматическим отключением оборудования поврежденной установки от сети. Зануление применяется в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью.

Задачей зануления является превращение замыкания на корпус в короткое замыкание между фазным и нулевым проводом. При этом в результате протекания через токовую защиту большого тока обеспечивается быстрое отключение поврежденного оборудования от сети.

Для обеспечения надежного отключения необходимо, чтобы ток короткого замыкания превышал номинальный ток плавкой вставки предохранителя или уставку автомата

где Iном - номинальный ток плавкой вставки или ток уставки расцепителя автомата; k - коэффициент надежности, принимаемый по ПУЭ равным 1,4 для автоматов до 100 А; 1,25 - для прочих автоматов, 3 - при защите плавкими вставками или автоматами, имеющими расцепители с обратнозависимой от тока характеристикой, 4 - при защите предохранителями и 6 - при защите автоматами во взрывоопасных установках. Для нулевых проводов допускается использование стальных полос, а также металлических оболочек кабелей, подкрановых путей, металлоконструкций зданий.

Важно понимать особенности зануления, заключающиеся в том, что в течение некоторого времени с момента замыкания фазы на зануленный корпус и до момента срабатывания защиты на нулевом проводе сохраняется опасное напряжение. Под этим опасным напряжением будет находиться не только поврежденная установка, но корпуса другого оборудования, присоединенные к нулевому проводу. Такая же опасность может возникнуть при обрыве нулевого провода, и для исключения этого он имеет соединения с землей в нескольких местах.

Занулению подлежат те же металлические нетоковедущие части электрооборудования, что и заземлению.

В одной и той же сети одновременное устройство защитного заземления и зануления разных корпусов недопустимо, так как в случае повреждения изоляции у заземленной установки через защитное заземление пройдет ток короткого замыкания, и нулевой провод со всеми присоединенными к нему объектами окажется под опасным напряжением.