Захисне заземлення. Занулення

Захист від ураження електричним струмом у разі ушкодження ізоляції

Для усунення небезпеки ураження електричним струмом у разі порушення ізоляції та появи напруги на корпусах, кожухах та інших неструмовідних частинах електрообладнання застосовуються такі захисні засоби:

захисне заземлення;

занулення;

захисне відключення;

застосування малої напруги;

захисне розділення мережі;

подвійна ізоляція;

вирівнювання потенціалів.

В електроустановках застосовуються три види заземлення.

Захисне заземлення передбачається для усунення небезпеки ураження електричним струмом у разі дотику до корпусу та інших металевих неструмовідних частин електроустановки, що опинилася під напругою.

Робоче заземлення передбачається для нормального режиму електроустановки. Робоче заземлення здійснюється безпосередньо або через спеціальні апарати - пробивні запобіжники, розрядники, резистори тощо.

Заземлення для захисту від дії атмосферної електрики передбачається для заземлення блискавковідводів, розрядників тощо.

Захисне заземлення - навмисне електричне з'єднання із землею або її еквівалентом металевих неструмовідних частин, які можуть опинитись під наругою в результаті замикання на корпус або з інших причин. Замикання на корпус - це випадкове електричне з'єднання струмовідної частини з металевими неструмовідними частинами електроустановки в результаті ушкодження ізоляції, попадання проводу, що перебуває під напругою, на неструмовідні частини тощо.

Захисне заземлення застосовується в усіх електроустановках понад 1000 В незалежно від режиму роботи нейтралі, а в електроустановках до 1000 В - в електричних мережах з ізольованою нейтраллю (мал. 29).

Принцип дії захисного заземлення - зниження напруги між корпусом електроустановки і землею до безпечного значення. Розглянемо мережу до 1000 В з ізольованою нейтраллю.

Якщо корпус електрообладнання не заземлений (див. мал. 27) і сталося пошкодження ізоляції, тобто є контакт із фазою, то дотик до такого корпусу рівносильний дотику до фази. В такому випадку струм, що проходить через тіло. людини, визначається виразом:

(6)

Мал. 29. Принципові схеми захисного заземлення:

а - мережа з ізольованою нейтраллю до та понад 1000 В;

б — мережа із заземленою нейтраллю понад 1000 В;

1 — заземлювальне обладнання; 2 - заземлювач захисного заземлення; 3 - заземлювач робочого заземлення.

Мал. 30. Схема захисного заземлення.

При малому опорі взуття, підлоги та ізоляції проводів відносно землі напруга дотику може сягати великих значень, внаслідок чого струм, що проходить через людину, може досягати небезпечних значень.

Якщо ж корпус заземлений (як показано на мал. ЗО), то струм, що проходить через людину при , можна визначити таким чином.

Із заземленого корпусу струм стікає в землю через зазем­лювач () та через людину (). Загальний струм визначається виразом:

де — загальний опір паралельно з’єднаних опорів заземлення () та людини ():

Виходячи зі схеми (мал. 30), можна написати:

Із цього виразу струм, що проходить через людину, буде:

Підставивши в де рівняння значення , отримаємо вираз:

При малому значенні в порівнянні з і цей вираз спроститься:

(7)

Підставивши в цей вираз реальні значення приведених величин, можна переконатися, що за такого випадку напруга дотику буде незначна, а струм, що проходить через людину, буде безпечним для людини.

Для цього випадку в мережі з фазною напругою = 380 В та опором ізоляції фази - 90000 Ом при = 1000 Ом струм, що проходить через людину, буде:

Напруга дотику також буде незначною:

Заземлювальним пристроєм називається сукупність заземлювача провідника (електрода) або сукупність металеве з'єднаних між собою провідників (електродів), які перебувають в зіткненні з землею, та заземлювальних провідників, які з'єднують з заземлювачем частини, що заземлюються.

Заземлювачі бувають штучні, тобто ті, які виконуються спеціально з метою заземлення, і природні - електропровідні частини комунікацій, будівель і споруд виробничого чи іншого призначення, що перебувають в зіткненні з землею і використовуються з метою заземлення.

Для штучних заземлювачів слід застосовувати сталь, при цьому вони на повинні бути пофарбовані.

Найменші розміри стальних штучних заземлювачів:

Діаметр круглих (пруткових) заземлювачів, мм:

не оцинкованих . 10

оцинкованих 6

Переріз прямокутних заземлювачів, мм³ 48

Товщина прямокутних заземлювачів, мм 4

Товщина полок кутової сталі, мм 4

Не слід розміщувати заземлювачі в місцях, де земля підсушується під дією тепла трубопроводів тощо.

У випадку небезпеки корозії заземлювачів необхідно вжити один із таких заходів:

збільшити переріз заземлювачів з урахуванням розрахункового строку їх служби;

застосувати оцинковані заземлювачі;.

застосувати електрозахист.

Як природні заземлювачі можуть використовуватися:

прокладені в землі водопровідні та інші металеві трубопроводи (за винятком трубопроводів горючих рідин, горючих або вибухонебезпечних газів);

обсадні труби артезіанських свердловин, шурфів тощо;

металеві конструкції та арматура залізобетонних конструкцій будівель і споруд, які мають з'єднання із землею;

металеві шпунти гідротехнічних споруд;

свинцеві оболонки кабелів, прокладених в землі;

заземлювачі опор ПЛ, з'єднані з заземлювальним пристроєм електроустановки за допомогою блискавкозахисного троса, якщо трос не ізольований від опори;

нульові проводи ПЛ до 1 кВ із повторними заземленнями в кількості ПЛ не більше двох.

Заземлювачі повинні бути пов'язані з магістралями заземлень не менше ніж двома провідниками, приєднаними до заземлювача в різних місцях.

Приєднання заземлювального обладнання до магістралей заземлення, тобто до головного заземлювального провідника, що йде від заземлювача, здійснюється за допомогою окремих , провідників. При цьому послідовне з'єднання заземлювального обладнання не допускається.

З'єднання заземлювальних провідників між собою, а також із заземлювачами і заземлювальними конструкціями виконується, як правило, зварюванням, а до корпусів машин, апаратів та іншого обладнання — зварюванням або за допомогою болтів.

Обладнання, що підлягає заземленню - це металеві неструмовідні частини електрообладнання, які внаслідок несправності ізоляції можуть опинитися під напругою і до яких можливий дотик людей і тварин.

Заземлення або занулення електроустановок слід виконувати: за напруги 380 В і більше змінного струму та 440 В і більше постійного струму - в усіх електроустановках, за напруги 42 В і більше змінного струму та 110 В і більше постійного струму тільки в приміщеннях із підвищеною небезпекою; у вибухонебезпечних приміщеннях - за будь-яких значень напруги постійного і змінного струму. ...

Заземленню підлягають: металеві корпуси електричних машин, трансформаторів, апаратів, світильників, ручних

інструментів; приводи електричних апаратів, роз'єднувачів, вимикачів; каркаси щитів, пультів, шаф; металеві конструкції розподільних установок; металеві кабельні конструкції, корпуси кабельних муфт, металеві оболонки та броня силових і контрольних кабелів, стальні труби електропроводок тощо.

Заземленню не підлягають; арматура ізоляторів усіх типів; освітлювальна арматура, яка встановлена на дерев'яних опорах ПЛ; електроприймачі з подвійною ізоляцією; рейкові колії (крім кранових), що виходять за територію промислового підприємства, електростанції, підстанції; з'ємні і такі, що відчиняються, частини, розміщені на заземлених каркасах, огородженнях, шафах тощо.

В електричних мережах до 1000 В із глухозаземленою нейтраллю (звично це мережі напругою 660/380 В, 380/220 В і 220/127 В) застосовується занулення.

Занулення це навмисне електричне з'єднання із нульовим захисним проводом металевих неструмовідних частин, які можуть опинитись під напругою внаслідок замикання на корпус або за інших причин.

Принципова схема заземлення показана на мал. 31.

Занулення призначено для усування небезпеки ураження електричним струмом у разі дотику до корпусу та інших неструмовідних металевих частин електроустановки, яка опинилася під напругою внаслідок замикання на землю. Вирішується ця задача іншим шляхом, ніж у випадку захисного заземлення: швидким вимиканням від мережі пошкодженої електроустановки. З моменту виникнення замикання на корпус і до відключення електроустановки від мережі занулення виконує функцію захисного заземлення, тобто знижує напругу дотику до безпечних значень.

Принцип дії занулення — перетворення замикання на корпус в однофазне коротке замикання (тобто замикання між фазним та нульовим проводами) з метою викликати струм, значно більший, ніж робочий, спроможний забезпечити спрацювання захисту і тим самим автоматично відключити ушкоджену електроустановку від мережі. Таким захистом можуть бути:

плавкі запобіжники або максимальні автомати захисту від . струмів короткого замикання;

магнітні пускачі зі вистроєним тепловим захистом для дистанційного пуску та зупинки електродвигунів;

контактори в поєднанні з тепловим реле, які здійснюють захист від перевантажень, автомати із комбінованими тепловими та магнітними розчіплювачами, які захищають одночасно від перевантажень і від струмів короткого замикання.

Мал. 31. Принципова схема занулення: 1- корпус споживача електроенергії; 2 - апарати захисту від струмів короткого замикання (запобіжники, автомати тощо, опір повторного заземлення нульового захисного провідника); - струм однофазного короткого замикання; - опір нейтралі джерела струму; - опір повторного заземлення нульового захисного проводу.

На мал. 31 видно, що схема занулення потребує наявності нульового захисного провідника, заземлення нейтралі джерела струму і повторного заземлення нульового захисного провідника. Розрізняють нульовий захисний та нульовий робочий провідники. Схема електричної мережі із нульовим робочим і нульовим захисним провідниками наведена на мал. 32.

Нульовим захисним провідником називається провідник, який з'єднує зануленні частини з глухозаземленою нейтральною точкою обмотки джерела струму. Нульовий захисний провідник призначений для створення кола із малим опором для струму короткого замикання, достатнього для спрацювання захисту та швидкого відключення пошкодженої установки від мережі живлення.

Нульовим робочим провідником називається провідник, який служить для живлення струмом електроприймачів та з'єднаний із глухозаземленою нейтральною точкою джерела струму. Нульовий робочий провід повинен мати ізоляцію, рівноцінну ізоляції фази проводів. Переріз повинен бути розрахований на довгочасне протікання робочого струму.