Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок, замыкания на корпус и по другим причинам.
Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.
Принцип действия защитного заземления - снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.
Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства в установках до 1000 вольт, работающих с изолированными от земли нейтралями
При замыкании на заземленный корпус фазы через заземление пойдет токКЗ
Напряжение корпуса относительно земли
Ток через человека:
То есть,ток через человека незначительный, напряжение на человеке меньше 1 В, ситуация для человека безопасная.
Такая мера (изолированная нейтраль+защитное заземление) является мощным средством электробезопасности.
Защитное заземление электрооборудования необходимо:
1 - в помещениях без повышенной опасности при напряжении 380 В и выше переменного тока и при напряжении 440 В и выше постоянного тока;
2 - в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках при напряжении более 42 В переменного тока и напряжении более 110 В постоянного тока,
3 -во взрывоопасных помещениях при всех значениях напряжения переменного и постоянного тока.
Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового
Заземлителя
r - радиус заземлителя,
x - расстояние от центра заземлителя до человека,
φз - потенциал заземлителя:
ρ - удельное сопротивление грунта.
Примем для простоты анализа, что грунт во всем объеме однороден и имеет, следовательно, одинаковое электрическое сопротивление, ρ= ρгр ≥ 105*ρмеди = 105 *0,0175 Ом мм2/м = 105*0,0175 *10-6Ом м = 0,00175 Ом м.
Потенциал изменяется по мере удаления от места стекания тока по зависимости
где φx - потенциал земли на расстоянии xот места стекания тока на землю,
φз - потенциал заземлителя,
r -радиус заземлителя.
Вычисление ведем по теореме Остроградского-Гаусса (основная теорема электростатики, устанавливающая связь междупотоком напряженности электрического поля через замкнутую поверхность и электрическим зарядом внутри этой поверхности).
Для определения потенциалаφx поверхности с радиусом x, выделим элементарный слой толщиной dx.
Падение напряжения в этом слое
Здесь плотность тока в землю на расстоянии х.
Потенциал вдоль поверхности земли вокруг полушарового заземлителя изменяется по закону гиперболы.
Для человека, который стоит на земле и касается оказавшегося под напряжением заземленного корпуса (металлическим прутом касается заземлителя),
напряжение прикосновения определяется разностью между потенциалом корпуса(заземлителя), которого касается рука человека и потенциалом точки поверхности землиφх, на которой находятся ноги человека:
Напряжение шага воздействует на человека, если он находится в поле растекания заземлителя и между его ногами существует разность потенциалов:
гдеUш - это напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися на расстоянии шага одна от другой, на которых одновременно стоит человек,
φх - потенциал ноги, находящейся на расстоянии х от места стекания тока,
φх+а - потенциал ноги, находящейся на расстоянии (х+а) от места стекания тока,
а - величина шага человека.
Выводы:
1. С увеличением расстояния от заземлителя напряжение шагаUш уменьшается, а напряжение прикосновенияUпр - увеличивается.
Считают что на расстоянии 20 метров Uш=0, а Uпр = φз, то есть если на земле лежит провод фазы, то ближе, чем на 20м подходить к нему не следует.
2. Длительно допустимое напряжение прикосновения равняетсяUпр = 20В.
3. В технике токи кз бывают самими разными: от долей ампер до десятков кА и даже больше (молния).
Поэтому значение величиныφз, Uпр и Uш могут быть самыми разными (от долей В до кВ).
4. Напряжение прикосновения ,
где α - коэффициент напряжения прикосновения
5. Напряжение шага
где -коэффициент напряжения шага.