Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей.
Защитное заземление применяется:
· в сетях напряжением до 1000 В - трехфазных с изолированной нейтралью, однофазных, изолированных от земли, сетях постоянного тока с изолированной от земли обмоткой источника;
· сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или соседней точки обмоток источника тока.
Защитное заземление состоит из заземлителей, соединенных между собой металлическими шинами, и заземляющих проводников, которым присоединяется заземляемое оборудование.
Защитное заземление следует отличать от рабочего. Рабочим заземлением называют соединение отдельных точек электрический сети с заземляющим устройством. Оно предназначено для нормальной работы электроустановки и от повреждения в аварийном режиме. Примером рабочего заземления является заземление нейтрали источника (ro на рисунке 1.1).
По конструкции заземления могут быть выносными (rз на рисунке 1.9) и контурными (рисунок 1.10).
Рисунок 1.9 - Выносное заземление |
Выносное заземление обеспечивает защиту человека путем снижения потенциала корпуса до величины
Uз = Iзrз,
где Iз - ток замыкания через заземлитель, rз - сопротивление защитного заземления, Ом.
Ток через человека, прикоснувшегося к заземленному корпусу при пробое изоляции, является функцией тока замыкания через заземлитель и определяется по формуле:
, (1.17)
где Rсh - сопротивление цепи человек- земля, Ом; a - коэффициент напряжения прикосновения.
Поскольку заземлитель в случае выносного заземления расположен чаще всего на расстоянии более 20 м от возможного места прикосновения к корпусу (см. рисунок 1.7), коэффициент a у выносных заземлений равен единице. Таким образом, выносные заземления защищают только благодаря малому значению при условии малых токов замыкания (не более 10 А), которые имеют место в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью. При допустимом значении rЗ £ 4 Ом выносное заземление обеспечивает в самом неблагоприятном случае замыкания малое напряжение на корпусе:
.
Условия применения защитных заземлений и максимально допустимые значения их сопротивления приведены в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1 - Условия применения защитных заземлений (ГОСТ 12.1.030-81)
Напряжение сети, В | Защитное заземление | |
Постоянный ток | Переменный ток | необходимо |
Независимо от категории помещения | ||
В помещениях с повышенной электроопасностью, особо опасных и в наружных установках | ||
Независимо от напряжения | Во взрывоопасных помещениях |
Таблица 1.2 - Максимальные допустимые значения сопротивления заземления
(ГОСТ 12.1.030-81)
Вид заземлений | Допустимое сопротивление заземления, Ом | |
Р >100 кВА | Р £ 100 кВА | |
Рабочие заземления нейтрали | ||
Защитное заземление | ||
Защитное заземление при больших токах замыкания на землю (³ 500 А) | 0,5 | |
Повторное заземление нулевого провода |
Достоинство выносных заземлений - возможность выбора места с минимальным сопротивлением грунта. Недостаток - удаленность от защищаемого оборудования, ограниченность защитных свойств.
а |
1 - электроустановка; 2 - внутренний контур; 3 - шина заземления; 4 - внешний контур б Рисунок 1.10 - Контурное заземление |
При напряжении свыше 1000 В токи замыкания на землю могут превышать 500 А. В этом случае выносное заземление может не обеспечивать безопасности. При больших токах замыкания на землю применяются контурные заземления. В отличие от выносного заземления, которое защищает путем снижения потенциала корпуса до безопасной величины, контурное заземление защищает человека путем поднятия потенциала защищаемой площадки до уровня, близкого потенциалу корпуса, и выравнивает потенциал площади так, что на всей защищаемой территории напряжение прикосновения и шага не превышали заданной величины (рисунок 1.10).
Значение тока через человека, попавшего под шаговые напряжения определяется по формуле
, (1.18)
где b - коэффициент шаговых напряжений.
Таким образом, для обеспечения безопасности шаговых напряжений достаточно контролировать rз и b защитного заземления.