Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Защитные заземления.

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электрического и технологического оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление является простым, эффективным и широко распространенным способом защиты человека от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим поверхностям, оказавшимся под напряжением. Обеспечивается это снижением напряжения между оборудованием, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасной величины. Применяется в трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В -с любым режимом нейтрали.

Конструктивными элементами защитного заземления являются заземлители - металлические проводники, находящиеся в земле, и заземляющие проводники, соединяющие заземляемое оборудование с заземлителем (рис. 72).

Рис. 72. Схема защитного заземления

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.

Следует отличать защитное заземление от рабочего заземления, представляющего собой специально выполненное металлическое соединение с землей токоведущих частей установки. Рабочее заземление предназначается для предотвращения повышения напряжения в установке при повреждении изоляции обмоток трансформатора, при замыкании одного из проводов на землю или для обеспечения быстрого отключения поврежденной части установки. Рабочее заземление выполняется, так же как и защитное, в случаях, когда оно необходимо для работы самой установки, например заземление радиоустановки, молниеотводов и т. п. Защитное же заземление служит исключительно для защиты людей от опасности поражения током.

При наличии защитного заземления ток, перешедший вследствие пробоя изоляции на нетоковедущие элементы установки или оборудования, при прикосновении к ним человека пойдет не только через его тело, но и через заземляющее устройство в землю, и далее, вследствие несовершенства изоляции и наличия емкости проводов сети относительно земли, к двум другим фазам.

Базопасность будет достигнута, если напряжение, под которым человек может оказаться, прикасаясь к заземленным установкам (напряжение прикосновения) или только стоя на земле, не прикасаясь к установкам (шаговое напряжение), не будет превышать длительно допустимых значений напряжений.

Благодаря устройству защитного заземления человек, находясь вблизи заземленного электрооборудования, имеющего замыкание ,на корпус, и касаясь корпуса, окажется под воздействием только части полного напряжения, под которым относительно земли находится поврежденное электрооборудование. Это напряжение называется напряжением прикосновения. Оно равно разности между напряжением, имеющемся на корпусе поврежденного электрооборудования, и напряжением на поверхности земли (пола), где находятся ноги человека:

Шаговое напряжение возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю и представляет собой разность потенциалов двух точек на поверхности земли, расположенных на расстоянии шага - 0,8 м, на которых могут одновременно находиться ноги человека (рис. 73):

Значение напряжения шага при одиночном заземлителе зависит от типа заземлителя и от расстояния до него. Наибольшая величина будет около заземлителя, а наименьшая - на расстоянии более 20 м, т. е. за пределами, ограничивающими поле растекания тока в грунте.

Рис. 73. Величина шагового напряжения при пробое тока на корпус заземленной установки:

1 - распределение потенциала по отношению земли: 2 - шаговое напряжение

Сопротивление заземлителей определяется расчетным путем или непосредственным измерением на месте. Упрощенный расчет (с точностью до 5-10%) заземления можно провести по следующим формулам.

Сопротивление (Ом) вертикально забитой в землю трубы или стержня

где ρ - удельное сопротивление грунта, Ом*см; l_т - длина трубы, см; d - наружный диаметр трубы, см; h - глубина заложения трубы (от поверхности земли до середины трубы), см.

Это выражение используется при условии, что l значительно больше d и что верхний конец трубы заглублен в землю не менее чем на 0,5 м.

Сопротивление трубчатого заземлителя можно также определить по номограмме.

Приближенные значения удельного сопротивления грунтов даны в табл. 24; они зависят от структуры грунта, содержания в нем влаги и солей. Изменение влажности, особенно в верхних слоях почвы, оказывает влияние на значительные колебания удельного сопротивления грунта в течение года.

Таблица 24 Приближенные значения удельного сопротивления грунтов

Необходимое число заземлителей

где R_тр - сопротивление одиночного заземлителя, Ом; η_c - коэффициент сезонности; R_з - требуемое сопротивление осуществляемого заземления (рабочего или защитного), Ом; η_з - коэффициент экранирования, иначе называемый коэффициентом использования группового заземлителя, характеризующий уменьшение проводимости заземлителей из-за их взаимного влияния.

Сопротивление металлической полосы, применяемой для соединения трубчатых заземлителей,

Сопротивление полосового заземлителя сечением 40 X 4 мм, проложенного на глубину 0,7 м, можно определить по графику.

Значение заземления для предупреждения электротравматизма видно из следующего примера.

При отсутствии заземления в случае пробоя изоляции и перехода напряжения на корпус оборудования, прикосновение к нему человека будет равносильно однофазному включению. При этом величина тока, протекающего через тело человека, при условии, что он стоит на токопроводящем полу и имеет проводящую обувь (R_п=0 и R_об = 0), при сопротивлении изоляции R_из = 5000 Ом и линейном напряжении U_л = 380 В

Ток такого значения представляет серьезную опасность травматизма, возможен и смертельный исход.

При заземлении оборудования в аналогичных условиях (принимая сопротивление заземления R_з = 4 Ом), человек окажется под током величиной

Такая величина тока практически безопасна.

При устройстве искусственного заземления в землю вертикально забивают трубы, стержни и сталь углового профиля, обеспечивая надлежащий контакт с грунтом. Заземлители обычно имеют длину 2,5- 3,0 м, при заглублении их верхний конец располагается на уровне грунта или несколько ниже.

Элементы искусственного заземления (трубы, полосы и т. п.) следует размещать так, чтобы было достигнуто возможно более равномерное распределение напряжения относительно земли. При устройстве контурного заземления, заземлители располагают по внешнему периметру защищаемого здания на расстоянии 1,0-2,0 м от него.

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.

Использование земли в качестве фазного или нулевого провода запрещается.

Присоединение заземляющих проводников к заземлителям и заземляемым конструкциям выполняется только сваркой, а к корпусам аппаратов, машин и др. -сваркой или надежным болтовым соединением. Заземляющие проводники необходимо защитить от коррозии. Открыто проложенные голые проводники, а также сети окрашивают в черный цвет. Допускается их окраска в иные цвета в соответствии с оформлением помещения. Однако при этом в местах присоединений и ответвлений должны быть нанесены не менее чем две полосы черного цвета на расстоянии 150 мм друг от друга. Располагать заземляющие проводники в помещениях необходимо так, чтобы они были доступны для осмотра.