3.6. Назначение и устройство защитных заземлений и занулений

В отношении устройства и выполнения требований безопасности все электротехнические установки подразделяют на установки номинальным напряжением до 1 кВ и выше.

По электробезопасности производственные помещения в соответ­ствии с ПУЭ подразделяют на три категории:

• особо опасные;

• с повышенной опасностью;

• без повышенной опасности.

Принадлежность помещения к той или иной категории зависит от указанных ниже признаков и их количества в рассматриваемом поме­щении. Такими признаками являются:

• сырость или проводящая пыль;

• токопроводящий пол;

• высокая температура;

• возможность одновременного прикосновения человека к имею­щим соединение с землей металлоконструкциями здания, технологи­ческим аппаратам, механизмам, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой;

• химически активная среда.

Электробезопасность обеспечивается: конструкцией электроуста­новок; техническими способами и средствами; организационными и техническими мероприятиями.

Для безопасности труда персонала необходимо:

- соблюдение соответствующих расстояний до токоведущих частей или путем закрытия, ограждения токоведущих частей;

- применение блокировки аппаратов и ограждающих устройств для предотвращения ошибочных операций и доступа к токоведущим частям;

- применение надлежащей изоляции, а в отдельных случаях — по­вышенной;

- применение двойной изоляции;

- компенсация емкостных токов замыкания на землю;

- надежное и быстродействующее автоматическое отключение частей электрооборудования, случайно оказавшихся под напряжением и поврежденных участков сети, в том числе защитного отключения;

- заземление или зануление корпусов электрооборудования и элементов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждения изоляции;

- выравнивание потенциалов;

- применение разделительных трансформаторов;

- применение напряжений < 42В переменного тока частотой 50Гц и меньше 110 В постоянного тока;

- использование предупреждающей сигнализации, надписей и плакатов;

- применение устройств, снижающих напряженность электрических полей;

- использование защитных средств и приспособлений, в том числе для защиты от воздействия электрического поля, в которых напряжённость превышает допустимые нормы.

Для обеспечения безопасности обслуживания электроустановок их заземляют. Заземление электроустановок осуществляется преднамеренным электрическим соединением с заземляющим устройством, которое представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель -проводник или совокупность металлически соединенных между собой проводников, находящихся в соприкосновении с землей. Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляющие части заземлителя.

Различают следующие виды заземлений: защитное – для обеспечения электробезопасности; рабочее – для обеспечения нормальных режимов работы установки; молниезащитное – для защиты электрооборудования от перенапряжения и молниезащиты зданий и сооружений. В большинстве случаев одно и тоже заземление выполняет несколько функций одновремённо.

Назначение защитного заземления заключается в том, чтобы создать между корпусом защищаемого устройства (например, электродвигателем) и землей электрическое соединение достаточно малого (по сравнению с телом человека) сопротивления, чтобы ток через парал­лельно присоединенное тело человека снизился до безопасного для человека значения.

В установках напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью транс­форматоров или генераторов применяется система, при которой металлические корпуса электроприемников с помощью защитных проводников достаточно малого сопротивления соединены с заземленной нейтралью (рис. 7.2). Наличие такого соединения превращает замыка­ние токоведущих частей на корпуса электроприемников в КЗ, которое должно отключаться автоматическим выключателем или предохрани­телем. Эту систему называют занулением.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение метал­лических нетоковедущих частей, могущих вследствие замыкания на корпус оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтралью источника трехфазного тока, с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока и с глухозаземлённой средней точкой источника по­стоянного тока.

Принципиальная схема зануления в сети трехфазного тока показа­на на рис. 7.3.

Указанные соединения заземляемых частей с глухозаземленными нейтральной точкой, выводом и средней точкой обмоток источников тока выполняются с помощью неоднократно заземленного проводни­ка, называемого нулевым защитным проводником.

Нулевым защитным проводником (ЗУ-проводником) в электроуста­новках напряжением до 1 кВ называется проводник, соединяющий зануляемые части: с заземленный нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока; с заземленным выводом источника однофаз­ного тока; с заземленной средней точкой источника постоянного тока.

Нулевым рабочим проводником (N –проводником) в электроустановках до 1 кВ называют проводник, используемый для питания ЭП, соединённый с заземлённой нейтралью генератора или ТМ в сетях трёхфазного тока, с заземлённым выводом источника однофазного тока, с заземлённой средней точкой источника постоянного тока.

РЕN – проводником называется проводник в системе ТN, который присоединён к заземлённой нейтрали источника и одновременно выполняет функции нулевого защитного проводника (РЕ – проводника) и нулевого рабочего проводника (N –проводника).

Назначение зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу ЭУ и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус.

Принцип действия – превращение замыкания на корпус в однофазное КЗ, т.е. замыкание между фазой и нулевым защитным проводником с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание МТЗ и тем самым отключить повреждённую ЭУ от сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители, автоматы максимального тока, устанавливаемые для защиты от токов КЗ; магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комбинированными расцепителями, обепечивающими защиту одновременно от токов КЗ и перегрузки.

Следует особо подчеркнуть, что зануление обеспечивает отключение ЭУ лишь при замыкании на корпус. Таким образом, защитные заземления или зануления должны обеспечивать следующее:

- в установках с изолированной нейтралью – безопасное значение тока, проходящего через тело человека при замыкании фазы сети на заземлённые части;

- в установках с глухозаземлённой нейтралью – автоматическое отключение повреждённых участков сети.

Системы заземления электрических сетей могут быть следующих типов:

TN-S, TN-C, TN-C-S, ТТ и IТ.

В условных обозначениях систем заземления буквы означают:

• первая буква — характер заземления источника питания (Т - непосредственное присоединение хотя бы одной точки токоведущих частей источника питания к земле;

I - все токоведущие части источника питания изолированы от земли или одна точка заземлена через большое сопротивление, разрядник, воздушный промежуток и т.д.);

• вторая буква — характер заземления открытых проводящих частей элементов электрической сети и электроприемников (Т - непосредственная связь открытых проводящих частей с землей независимо от характера связи источника питания с землей; N - непосредственная связь открытых токопроводящих частей с точкой заземления источника питания, в системах переменного тока обычно заземляется нейтраль);

• последующие буквы (если таковые имеются) — характер устройства нулевого рабочего и нулевого защитного проводников (S - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками; С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике (РЕN-проводнике).

Основная доля поражений человека приходится на ЭУ напряжением ниже 1 кВ. Опасность поражения имеет в следующих основных случаях:

• при случайных прикосновениях человека к токоведущим частям;

• снижении сопротивления изоляции;

• неисправности заземления.

Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение ЭУ при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током (0,05 – 0,2 с).

Такая опасность может возникнуть, в частности при замыкании фазы на корпус.

Во всех случаях опасность поражения обусловлена напряжением прикосновения U_пр, В, или, иначе говоря, током, проходящим через тело человека I_чел, А. Как известно,

U_пр = I_чел*R_чел,

где R_чел – сопротивление тела человека, Ом.

Таким образом, если при прикосновении человека к корпусу оборудования или фазе сети напряжения прикосновения (или ток через человека) превысит длительно допустимое значение, то возникнет реальная угроза поражения человека током и мерой защиты в этом случае может быть, в частности, быстрый разрыв цепи тока через человека, т.е. отключение соответствующего участка цепи. Для выполнения этой задачи и предназначено защитное отключение.

Основными элементами УЗО являются прибор защитного отключения и исполнительный орган – автоматический выключатель. На рис.7.6. показаны схемы УЗО с автоматом и магнитным пускателем.