Меры защиты при косвенном прикосновении

Важной мерой, обеспечивающей электробезопасность обслуживающего электроустановки персонала, является защитное заземление или зануление металлических нетоковедущих (конструктивных) частей электроустановок и электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением, но могущих оказаться под напряжением относительно земли в аварийных режимах (в случае повреждения изоляции).

Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Заземление подразделяется на:

- рабочее заземление;

- защитное заземление.

Преднамеренное электрическое соединение с землёй или с заземляющим устройством нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам называется защитным заземлением.

Защитное заземление следует отличить от рабочего заземления и от заземления молниезащиты.

Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землёй отдельных точек электрической цепи (нейтральных точек источников электрического тока – генераторов, трансформаторов, реакторов и т.п.), а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения режима работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях, и осуществляется соединением проводником заземляемых частей с заземляющим устройство непосредственно или через специальные аппараты – резисторы, разрядники и т.п.

Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землёй молниеприёмников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

ПУЭ дают следующие основные определения в отношении заземлений:

Рабочим заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (для обеспечения надлежащей работы установки в нормальных и аварийных режимах).

Рабочее заземление может осуществляться непосредственно или через специальные аппараты (сопротивления, разрядники, реакторы и др.)

Защитным занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Нулевой защитный проводник – защитный проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N) – проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока.

Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляющую точку с заземлителем.

Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Напряжение на заземляющем устройстве – напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала.

Сопротивление заземляющего устройства – отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают 2 типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдалённость заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей площади защищаемой территории коэффициент прикосновения Заземляющие устройства этого типа применяются обычно в сетях с малыми токами замыкания на землю напряжением до 1000 В. Достоинство – возможность выбора места размещения заземляющих электродов (где наименьшее сопротивление грунта).

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды заземлителя размещаются по контуру (периметру), а также внутри площадки, где размещено заземляемое оборудование. Обычно заземляющие электроды размещают на площадке равномерно, поэтому ещё такое заземляющее устройство называют распространённым.

Различают заземлители искусственные и естественные.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные стальные электроды.

В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы (диаметром 50-60 мм) или угловую сталь (обычно от 40х40 до 60х60 мм) отрезками 2, 5-3, 0 м. Применяется также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м.

Для связи вертикальных электродов и в качестве горизонтальных электродов применяют полосовую сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

В качестве горизонтальных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и др. металлические трубы (за исключением трубопроводов с горючими жидкостями и газами), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин и т.п.; металлические и ж/б конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землёй; оболочки электрических кабелей, проложенных в земле.

В качестве естественных заземлителей распределительных устройств (РУ) рекомендуется использовать заземлители опор ВЛ, соединенные грозозащитными тросами линий с заземляющим устройством РУ.

Недостатками естественных заземлителей являются доступность некоторых из них не электротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяжённых заземлителей.

При устройстве заземлителей в плохо проводящих грунтах (когда невозможно достичь требуемого сопротивления растеканию) прибегают к специальным мерам, в частности, применяют глубинные заземлители, производят укладку вокруг электродов грунта с повышенной проводимостью, осуществляют специальную обработку почвы, а также осуществляют вынос заземляющего устройства в месте с хорошо проводящим грунтом.

В качестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяют, как правило, полосовую сталь и сталь круглого сечения. Во всех случаях сечение заземляющих проводников в электроустановках выше 1000 В с эффективно заземлённой нейтралью определяется их термической стойкостью при прохождении по ним токов однофазного замыкания на землю. В сетях до и выше 1000 В с изолированной нейтралью заземляющие проводники должны иметь проводимость не менее ¹/₃ проводимости фазных проводов.

Прокладка заземляющих проводников производится открыто по конструкциям зданий. Магистрали заземления и ответвления от них должны быть доступны для омсотра.

В наружных электроустановках заземляющие проводники допускается прокладывать в земле.

Присоединение заземляемого оборудования к магистрали заземления осуществляется с помощью отдельных проводников. Последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции и других причин могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей.

Заземляющие и нулевые защитные проводники, а также заземлители, являющиеся принадлежностью 2-х электрических сетей, питающихся от отдельных трансформаторов (один с изолированной нейтралью, другой – с глухозаземлённой), могут быть общими при любых напряжениях установок. При этом системы заземления и зануления работают независимо друг от друга, хотя аварийные токи их протекают по одним и тем же защитным проводникам и общему заземлителю.

Во избежание выноса потенциала не допускается питание электроприёмников, находящихся за пределами контура заземления электроустановок напряжением выше 1000 В сети с эффективно заземлённой нейтралью, от обмоток до 1000 В с заземлённой нейтралью трансформаторов, находящихся в пределах контура заземляющего устройства.

Заземление служит для превращения замыкания на корпус в замыкание на землю с целью снижения напряжения на корпусе относительно земли до безопасной величины.

Поэтому основным назначением защитного заземления является:

- устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу или другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки оказавшимся под напряжением за счёт снижения до безопасных значений напряжения прикосновения обусловленного замыканием на корпус.

Защитное заземление применяют в 3^хх фазных сетях до 1 кВ с изолированной нейтралью и в сетях выше 1 кВ с любым режимом нейтрали. Принципиальная схема защитного заземления представлена на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Принципиальные схемы защитного заземления (а) в сети с изолированной нейтралью и (б) в сети с заземленной нейтралью. 1 – корпуса защитного оборудования; 2 – заземлитель защитного заземления; 3 – заземлитель рабочего заземления нейтрали источника тока; Rз и Ro – сопротивления защитного и рабочего заземлений.

Принцип действия защитного заземления основан на снижении напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землёй до безопасной величины.

Поясним это на примере сети до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Если корпус электрооборудования не заземлен и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение к такому корпусу человека равносильно прикосновению к фазному проводу. В этом случае ток, проходящий через человека, можно определить по формуле:

При малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли этот ток может достигать опасных значений.

Если же корпус заземлён, то ток, проходящий через человека при R_об = R_n= 0, можно определить из следующего выражения:

(4.1)

Это выражение получено следующим путем:

с заземленного корпуса (рис. 4.4) ток стекает в землю через заземлитель (I_з) и через человека (I_h). Общий ток определяется выражением:

	Рис. 4.4. К вопросу о принципе действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью.

Из схемы на рис. 4.4 можно определить:

I_h× R_h=I_з R_з = I_общ× R_общ., откуда ток через тело человека будет:

выполнив простейшие преобразования получим выражение (4.1).

При малом R_з по сравнению с R_h и R_из это выражение упрощается:

(4.2)

При R_з = 4 Ом, R_h =1000 Ом, R_из =4500 Ом, ток через тело человека будет:

Такой ток безопасен для человека.

Напряжение прикосновения в этом случае будет также незначительно:

U_пр = I_h× R_h= 0, 001× 1000=1, 0 В

Чем меньше R_з – тем лучше используются зашитные свойства защитного заземления.