Защитное заземление

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом открытых проводящих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие фазного замыкания на них и по другим причинам (вынос потенциала, разряд молнии и т.п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т.п.

Назначение защитного заземления - защита людей от поражения электрическим поражающим током при косвенном прикосновении, т.е. при электрическом контакте с открытыми проводящими частями электроустановки, а так же со сторонними проводящими частями, не являющимися частями электроустановки (например, металлоконструкции здания, металлические газовые сети, водопроводные трубы, трубы отопления и т.п. и неэлектрические аппараты, полы и стены из неизоляционного материала), которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения изоляции.

Принцип действия защитного заземления - снижение до допустимых значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на открытые проводящие части и другими причинами. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования (сопротивления заземлителя R_з), а также выравниванием потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Область применения защитного заземления.Заземление может быть эффективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтралью (система IT рис.14.7), а также в сетях напряжением выше 1 кВ с заземленной нейтралью. В последнем случае замыкание на землю является коротким замыканием, причём срабатывает максимальная токовая защита.

Типы заземляющих устройств. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

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

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что его заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства - отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории напряжение прикосновения равно потенциалу заземленных конструкций, т.е. U_пр =I_зR_з=φ_з. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности, в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения U_пр.доп.

Рис. 14.7. Принципиальная схема защитного заземления в сетях трехфазного тока

с изолированной нейтралью (система IT).

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т.п.).

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. За счет этого происходит выравнивание потенциалов на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых.

Выполнение заземляющих устройств. Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители, причем для уменьшения затрат на устройство заземления в первую очередь используют естественные заземлители.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные в земле водопроводные трубы; обсадные трубы буровых скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей; металлические оболочки бронированных кабелей (кроме алюминиевых), проложенных в земле; рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами; металлические шпунты гидротехнических сооружений и т.п.

Не допускается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводы канализации и центрального отопления. Но такие трубопроводы необходимо присоединять к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов.

Искусственные заземлители (вертикальные и горизонтальные электроды) могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. В качестве вертикальных электродов используют стальные прутки с минимальным диаметром 12-16 мм и длиной до 10 м, стальные трубы с минимальным диаметром 25-32 мм и стальные уголки с площадью поперечного сечения не менее 100 мм² и длиной 2,5-3 м. В последние годы находят применение электроды, выполненные из меди. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Заземлители не следует устанавливать вблизи горячих трубопроводов и других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна пропитка грунта нефтью, маслами и тому подобными веществами, поскольку сопротивление грунта резко возрастает.

В качестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяют полосовую и круглую сталь. У мест ввода заземляющих проводников в здания должен быть предусмотрен опознавательный знак .

Для соединения различных заземлителей (естественных, искусственных), а также сторонних проводящих частей (металлические части каркаса здания, металлические трубы коммуникаций, входящих в здание и т.п.), используют главную заземляющую шину (ГЗШ). Она может быть выполнена из меди (допускается из стали) внутри вводного устройства электроустановки напряжением до 1 кВ или отдельно от него.

Сопротивление заземляющих устройств. В электроустановках до 1000 В в сетях с изолированной нейтралью (система IT) сопротивление заземляющего устройства R_зв любое время годадолжно соответствовать условию:

R_з ≤ U_пр / I_з,(14.19)

где R_з – сопротивление заземляющего устройства, Ом;

U_пр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В в помещениях без повышенной опасности и 25 В в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках для переменного тока;

I_з – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение R_з меньше 4 Ом. Допускается R_здо 10 Ом, если соблюдено выше приведенное условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ·А, в том числе суммарная мощность генераторов и трансформаторов, работающих параллельно.

Защитному заземлению подлежат открытые проводящие части электроустановки, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных.

Внешний осмотр и измерение сопротивления заземляющих устройств производится при приеме в эксплуатацию и периодически в сроки, установленные Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ ЭП), при перестановке оборудования и ремонте заземлителей.

Сопротивление заземляющего устройства должно измеряться в периоды наименьшей проводимости земли: летом при наибольшем ее просыхании (для районов вечной мерзлоты - зимой при наибольшем ее промерзании).