12.6. Захисне заземлення електроустановок

Основи охорони праці

Заземлювачі вертикальні забивають за допомогою механізмів у попередньо вириті траншеї глибиною 0,7-0.8 м (рис 12.7). Сталеві прутки діаметром 10-12 мм, довжиною 4-4,5 м вкручують за допомогою спеціальних пристосувань.

Занурені в землю вертикальні заземлювачі з’єд-нують смуговою сталлю, прива-рюючи її до верхнього кінця стрижня ребром нагору для кращого контакту з землею. При використанні смуги, як самостійного заземлювача, її укладають у таку ж траншею ребром нагору і засипають землею з наступним ретельним трамбуванням для поліпшення її контакту з землею.

Розташовують заземлювачі у місцях, де немає підсушування землі від прокладених трубопроводів та інших джерел тепла.

Горизонтальні заземлювачі прокладають у траншеях з однорідним ґрунтом, без щебеню і будівельного сміття.

Коли існує небезпека корозії заземлювачів, тоді:

-збільшують переріз одиночних заземлювачів;

-застосовують оцинковані заземлювачі;

-використовують електричний захист заземлювачів проти корозії.

Як штучні заземлювачі, допускається застосовувати бетон, що

проводить електрику. Для заземлювачів можна застосовувати метали, що були уживані, але вони не повинні мати сильних ознак корозії, повинні бути очищені від фарби, олив та ізолюючих речовин.

Штучні пристрої на спорудах, які заземлюють, у районах з великим питомим опором ґрунту рекомендується:

-вертикальні заземлювачі більшої довжини (більше 3 м) застосовувати, якщо на глибині питомий опір ґрунту менший, ніж ближче до поверхні;

-виносні заземлювачі розташовувати в місцях (до 2 км) з меншим питомим опором ґрунту;

-у траншеї навколо заземлювачів, прокладених горизонтально, укладати вологий глинистий ґрунт, який трамбують і засипають щебенем;

-коли застосування інших заходів неефективне, обробляти грунт для зниження його питомого опору.

На практиці у більшості випадків одного заземлювача для забез-

печення встановленої норми заземлення недостатньо. У таких ви-

4.2.3 Захисне заземлення електроустановок

Захисне заземлення — навмисне електричне з’єднання із землею або її еквівалентом металевих неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою.

Область використання захисного заземлення — мережі з ізольованою нейтраллю напругою до 1 кВ, а при напрузі вище 1 кВ у будь-яких випадках (незалежно від режиму нейтралі) [2]. На рис. 4.4 показана електрична схема захисного заземлення.

Як видно із рис. 4.4, опір тіла людини вмикається пара­лельно опору захисного заземлення. Еквівалентний опір двох паралельних опорів дорівнює:

Потенціал фазного проводу, який замкнув на кор­пус, зменшується за раху­нок спаду напруги на еквівалентному опорі, тобто

(4.3)

Напруга дотику людини дорівнює різниці потенціалів

(4.4)

Якщо розглядати найбільш несприятливі умови, коли _з = 0, напруга дотику буде дорівнювати . Струм, який тече через тіло людини, визна­чається за формулою

(4.5)

Рисунок 4.4 – Електрична схема захисного заземлення:

R_з— опір захисного заземлення; І_З — струм замикання:

_к — потенціал корпуса; _з — потенціал землі

Якщо порівняти формулу (4.5) з формулою (4.1), то можна зробити висновок, що струм, який тече через тіло людини при використанні захисного заземлення, зменшився. Пока­жемо це на прикладі.

Приклад 3. За даними прикладу 1 визначити величину струму, який тече через тіло людини при її дотику до корпуса електроустановки, яка має захисне заземлення і опинилася під напругою. Опір захисного заземлення

R_з = 10 0м. За формулою (4.5) одержуємо

Такий струм безпечний для людини у будь-яких випад­ках, обумовлених таблицею Г 1.1. Якщо порівняти цей струм із струмом однофазного дотику (приклад 1), то він змен­шився на два порядки.

Висновок:

При використанні захисного заземлення у ме­режах з ізольованою нейтраллю напругою до 1 кВ відбувається зменшення напруги дотику людини за рахунок спаду напруги на опорі захисного заземлення.

У зв’язку з цим, опір захисного заземлення повинен мати невелике значення: не вище 4 Ом. Але якщо по­тужність джерела живлення (генератора або трансформа­тора) 100 кВА і менше — не вище 10 Ом.

Належить звернути увагу на те, що мережі з ізольованою нейтраллю напругою до 1 кВ використовуються при підвищених умовах електробезпеки (торф’яні розробки, пересувне електрообладнання, шахти [1, п. 1.7.40], тобто набагато менше мереж із заземленою нейтраллю напругою до 1 кВ.

4.2.4 Електричні мережі трифазного змінного струму із заземленою нейтраллю

Заземленою нейтраллю називають нейтраль трансформатора, яка приєднана до заземлювального пристрою безпосередньо або через малий опір.

На рис. 4.5 наведена електрична схема трифазної чотирипроводової мережі із заземленою нейтраллю. Такі мережі дуже поширені при напрузі до 1 кВ і використовуються як у побутових, так і в виробничих умовах.

Рисунок 4.5 – Електрична схема трифазної мережі із заземленою нейтраллю: О_р — нульовий робочий провідник; О_з — нульовий захисний провідник; R_o — опір заземлення нейтралі трансформатора; R_п — повторне заземлення нульового захисного провідника; U_ф — фазна напруга мережі

В таких мережах провідності ізоляції проводів відносно землі набагато менші за провідність заземлюваного пристрою нульової точки трансформатора, тому опори проводів відносно землі тут не враховуються.

Нульовий робочий провідник (О_р) застосовується для живлення споживачів фазною напругою. Отже, в мережах із заземленою нейтраллю можна одержати дві напруги: лінійну (напругу між двома будь-якими фазними проводами) і фазну (напругу між будь-яким фазним і нульовим проводом). Залежність цих напруг така: U_ф = 3U_л. Співвідношення лінійних і фазних напруг (U_л/U_ф), В: 660/380, 380/220, 220/127. Найбільш поширеною є напруга 380/220 В.

Другий нульовий провідник (О_з) виконує роль захисного, який з’єднується з корпусом електроустановки. На випадок обриву нульового захисного провідника його повторно заземлюють через кожні 250 м і обов’язково на вводі в приміщення.

Відповідно до наказу Міністерства енергетики та елек­трифікації України від 20.02.1997 р., розмежування нульового проводу на робочий і захисний повинно здійснюватися при проектуванні житлових та громадських будівель.

У виробничих умовах схеми з розмежуванням нульового провідника виконуються дуже рідко. Практично застосову­ють один нульових провід, який має повторне заземлення і який виконує функції як захисного, так і робочого провідника. У цьому випадку у нульовому провіднику не повинно бути пристроїв, які роз’єднують коло: автоматич­них вимикачів, запобіжників тощо.

Можливі схеми вмикання людини в електричне коло при нормальному режимі роботи мережі показані на рис. 4.6.

Рисунок 4.6 – Схеми дотику людини при нормальному режимі роботи мережі: випадки 1,2 — однофазний дотик; випадок 3 — двофазний дотик

Розглянемо випадки дотику людини.

Перший випадок (однофазний дотик), дотик людини до корпуса електроустановки, яка не має захисних заходів і опинилася під напругою, рівнозначний її дотику до неізольованого фазного проводу. Розглянемо найбільш не­сприятливі умови для людини, коли опорами взуття і підлоги можна знехтувати. Тоді величина струму, який тече через тіло людини, залежить від послідовно ввімкнутих опорів

R_h і R_о , але R_h>>R₀, тому

(4.6)

Приклад 4. Визначити струм, який тече через тіло лю­дини в першому випадку. Якщо покласти, що U_ф = 220 В, а R_h = 1000 Ом, то згідно із формулою (4.6)

I_h = 220/1000 = 0,22 А = 220 мА.

Такий струм (50 Гц) є дуже небезпечним для людини (додаток) при його дії більше 0,2 с, а в побуто­вих умовах — більше 0,08 с. Зменшити величину струму, який тече через тіло людини, можна за допомогою штучного підвищення її опору діелектричними засобами (рукавиці, електроінструмент з ізольованими ручками, боти, калоші).

Випадок другий (однофазний дотик). Людина потрапляє під фазну напругу мережі, а струм, який тече через її тіло, визначається за формулою (4.6). Але зменшити струм можна лиш за допомогою діелектричних рукавичок, ізоляція людини від землі не впливає на величину струму.

Третій випадок (двофазний дотик). Людина потрапляє під повну (лінійну) напругу мережі, а струм, який тече через її тіло, дорівнює

(4.7)

Таку формулу ми вже зустрічали (див. формулу (4.2), приклад 2 і висновки до прикладу 2).

Висновки:

1. Однофазний дотик людини в трифазних чотирипроводових мережах із заземленою нейтраллю небез­печніший в порівнянні з мережами із ізольованою ней­траллю, тому що ізоляція проводів відносно землі не ви­конує тут ролі захисту.

2. Двофазний дотик людини є небезпечним незалежно від режиму нейтралі мережі.

3. У зв’язку з тим, що ізоляція проводів відносно землі в мережах із заземленою нейтраллю не впливає на механізм ураження, її можна не контролювати, крім того, можливість одержання двох видів напруги (U_л, U_ф) визна­чає значну перевагу використання трифазних мереж із за­земленою нейтраллю.

Захисне заземлення і занулення | Ремонт

Захисне заземлення використовується для того, щоб убезпечити людину від ураження електричним струмом при дотику не тільки до токонесущим елементів, але і корпусу або інших деталей електричних установок. Це може статися в разі короткого замикання, коли металеві елементи електроустановки, що знаходяться під напругою 220В, і навіть корпус будь-якого побутового приладу може виявитися смертельним для людини. Основний принцип роботи заземлення – забезпечення стикання деталей, які не несуть у собі ток, з землею або подібними їй за властивостями матеріалами (наприклад, кам’яним вугіллям або іншими еквівалентами за Гостом), завдяки чому потенціал струму знижується до безпечного рівня. Щоб це працювало, в землі необхідно розмістити металеву деталь – заземлювач, а до нього повинен вести провід, що з’єднує заземлювач безпосередньо з самої електричною установкою.

Крім того, існує ще одна функція заземлення – деякими приладами він допомагає знизити рівень перешкод. Принцип цієї дії полягає в тому, що високочастотний струм йде в землю, тим самим прилад (приклад – потужний електродвигун) не створює перешкод оточуючим електроустановок. Якщо дія заземлення спрямована саме на поліпшення якості роботи електрообладнання, на підвищення термінів його експлуатації, то така система називається робочим заземленням. Робоче заземлення згідно вимогам госту застосовується на трансформаторах і електрогенераторах, великих електростанціях, до нього також відносять заземлення громовідводів і блискавковідводів.

Існує два типи заземлення:

• природне;
• штучне.

До того або іншого виду можна віднести заземлення приладу за характером його заземлювачів. До природним заземлителям можна віднести звичні підземні металоконструкції, які виконують на вимогу подвійну функцію. Це можуть бути звичайні водопровідні труби (якщо тільки вони не транспортують горючі рідини або гази), металоконструкції, які є фундаментом будівлі (наприклад, палі) і т. д. Всі інші способи заземлення відносяться до штучним (установка спеціальних металевих стрижнів та ін). Варто відзначити, що монтаж захисного заземлення може здійснювати лише спеціаліст-електрик, який буде враховувати не тільки необхідні параметри напруги, але і опір грунтів, й інші важливі чинники.

Коли від заземлювача електрика потрапляє в землю, невелику кількість струму поширюється навколо нього і може завдати шкоди людині, що опинилася поблизу. Ця окружність навколо металевого заземлювача називається радіус ураження. Зазвичай сила струму стоїть на землі не приносить великих пошкоджень (на це впливає рівень опору грунту і початкова сила струму), виняток становить випадок, коли людина опиняється поблизу громовідводу.

У разі якщо людина виявився безпосередньо в радіусі ураження електричного струму, напруга якого не дуже велике, пересуватися слід як можна більш дрібними кроками, бажано не відриваючи ноги від землі. Це і називається принципом крокового напруги. Таким чином, дія на організм людини буде найменшим.

Розрізняють два типи заземлюючих пристроїв щодо їх прихильності щодо самого електроприладу:

• виносне;
• контурне.

Особливість виносного заземлення в тому, що він знаходиться за межами майданчика, на якій розташована електроустановка. Контурне заземлення проходить по периметру зони розміщення електроустановки (тобто по контуру), а, можливо, і всередині. Дія самих заземлювачів від цього практично не змінюється, вони все одно забезпечують високий рівень безпеки, якщо споруджені відповідно до вимог.

Для того щоб порахувати, яку кількість заземлювачів вам знадобиться і на якій відстані їх розташувати, доведеться зробити розрахунок захисного заземлення. Опір розтікання струму від 1 елемента заземлення металевого стрижня розраховується за такою формулою:

Для розрахунків за цією формулою потрібно знати довжину і діаметр стрижня-заземлювача, питомий опір грунту (яке можна знайти за таблицею, знаючи, в яку землю ви будете занурювати заземлювачі) і відстань від землі від середини стрижня.

Цей приклад наочно показує, як самому визначити, скільки стрижнів треба буде використовувати для того, щоб заземлити електроприлад. Отримане значення потрібно округлити до найближчого цілого у більшу сторону.

Також є схема, за якою розраховується опір струму для горизонтальних заземлювачів. Для цього необхідно знати довжину і ширину самих металоконструкцій, коефіцієнт сезонності та коефіцієнт попиту. Якщо горизонтальні стрижні розташовані по контуру, то довжина кожного дорівнює відстані між ними L=a.

Якщо ви самостійно вирішили визначити контур для майбутнього заземлення, то краще всього підійдуть контури геометричних фігур. Залежно від майданчика, яка у вас є, можна вибрати контур квадрата, прямокутника або прямій лінії. Але найоптимальнішою формою для периметра заземлення вважається трикутник. Для приватного будинку рівносторонній трикутник – надзвичайно зручний контур, тому що він дозволяє струму рівномірно розтікатися на всі боки і не екранувати.

Для того щоб точно дізнатися значення опору контуру вашого заземлюючого механізму, простіше всього використовувати спеціальний електроприлад. Він показує рівень не тільки контурного опору, але і допоможе без довідкової інформації дізнатися опір грунту при саморобному заземлення на приватній території.

Стандарти Дсту по електробезпеки

Стаття ГОСТ 12.1.030-81 чітко регламентує правила дотримання електробезпеки в мережах з різною напругою (до 1000 В і понад 1000 В), з постійним або змінним струмом. Рекомендується дотримуватися принцип безпеки абсолютно для будь-яких електроустановок, вони всі повинні бути заземлені або занулені. Відповідно до вимог Госту в першу чергу заземлювачами повинні виступати природні підземні конструкції, але при цьому необхідний контроль того, щоб вони були міцними, хімічно і термічно стійкими, могли забезпечити необхідний захист в будь-який час року. Всі переносні і ручні заземлительные установки повинні також знаходитися під контролем, і проходити необхідну перевірку.

Для мереж, в яких напруга сягає понад 1000 В з ізольованою нейтраллю опір заземлюючого пристрою за Гостом не може бути більше ніж R=250/L, де L – максимальна сила струму. Якщо ж питомий опір землі більше ніж 500 Ом, то у формулу вводиться додатковий підвищувальний коефіцієнт.

Виходячи з «Правил технічної експлуатації електроустановок споживачів» і «Правил техніки безпеки при експлуатації електроустановок споживачів», записаних у вимогах Дсту, всі заземлюючі пристрої проходять контрольну перевірку при первинному монтажі, а також у процесі експлуатації через певний проміжок часу, щоб переконатися, що вони відповідають нормам безпеки.

Заземлення та занулення

Захисне заземлення і занулення в електроустановках — це схожі процеси, які несуть в собі одну й ту ж функцію, але здійснюються трохи по-різному. Обидві ці схеми використовуються для того, щоб убезпечити користувача електроприладів від ураження струмом. При заземлення провід від установки повинен з’єднуватися з землею, а при занулении – з нульовим проводом.

Схема захисного заземлення і занулення

Нульовими провідниками можуть служити:

Природні конструкції – трубопроводи, металеві палі, виробничі сталеві елементи.

Окрема жила з багатожильного кабелю або проводу.

Спеціальний окремий провідник.

Алюмінієва кабельна оболонка.

Заземлення електроустановок у побуті

Навіть у звичайному житловому будинку існує ряд установок, які обов’язково вимагають заземлення. До них відносяться:

• электрощитки;
• електричні шафи;
• металеві корпуси побутових електроприладів;
• металлокорпуса електричного обладнання.

Згідно ГОСТу у всіх житлових будинках захисне заземлення забезпечує безпеку основних електроустановок, а також, природно, має свій власний заземлювач джерело зовнішнього живлення будинку — трансформатор. Ці вимоги пред’являються і до всіх новобудов, які не можуть бути здані в експлуатацію без перевірки рівня електробезпеки.

У побутових приладів, які зроблені з сучасного зразку, в вилці вже є три проводка, один з яких пов’язаний безпосередньо з корпусом. Такий же третій проводок передбачений і в розетках. Завдяки цьому, звичайній людині не варто турбуватися про безпеку при підключенні дрібних електроприладів, вони зануляются без втручання ззовні і при короткому замиканні не несуть в собі загрози. Великі побутові електроприлади на зразок пральних машин або електроводонагрівачів рекомендується встановлювати фахівця, який ознайомлений з вимогами ГОСТу захисного заземлення або занулення.

Є два типи мереж, які можна зустріти в сучасних будинках. Це однофазна і трифазна. Кожна з них має 1 нульовий захисний провідник, 1 робочий нуль і 1 або 3 відповідно фазових дроти. У сучасних будівлях вже є занулення або заземлення всіх основних електроустановок, але в старих житлових будівлях цього не передбачено, тому мешканцям необхідно самим потурбуватися цим процесом.

Як самостійно зробити заземлення в квартирі (будинку)

Якщо ви живете в старій споруді або хочете убезпечити свій приватний будинок або котедж, розгляньте в якості альтернативи кілька схем заземлення.

Один із способів – використовувати замість заземлення занулення. Для цього необхідно приєднати корпус до нейтралі (нульового провідника). За цим принципом при різкому появі напруги на корпусі відбудеться коротке замикання нуля та фази, за рахунок чого напруга сильно підвищиться, і спрацюють запобіжники (автомати захисту).

Подібна схема може бути небезпечною, якщо нею займається не професіонал, який може елементарно переплутати фазу з нулем. Також при обриві нульового проводу всі корпуси електроприладів опиняться під напругою, що зробить їх потенційно небезпечними.

Також, якщо ви використовуєте трифазні електроприлади, які не потребують нульовому провіднику, то можна застосувати схему, яка іменується у міжнародній термінології як IT. Її особливість у тому, що кожен електроприлад повинен мати свій власний заземлювач. Альтернативою їй є стандартні схеми TT і TN-C-S. Їх механізм прописаний згідно гостовским вимогам, які можна знайти в інтернеті або спеціальній літературі.

Переносні конструкції захисного заземлення

У багатьох ситуаціях необхідно дотримуватися додаткової безпеки при веденні робіт поряд з електроустановками. Не дивлячись навіть на те, що загальна напруга може бути відключено, заземлити окремі конструкції бажано, якщо вам необхідно працювати безпосередньо з ними. Стаціонарне пристрій захисного заземлення може дати збій, і виникне напруження в елементах, з якими працює майстер. Щоб цього не сталося, використовуються мобільні переносні заземлювачі. Вони можуть занулити раптово виникло напруження, тим самим убезпечивши людей, які працюють на окремих елементах електроустановок. Така електробезпека повинна дотримуватися на всіх великих промислових підприємствах, заводах, електростанціях.

Переносна установка заземляюча

Переносних заземлюючих установок зустрічається кілька видів залежно від форми і призначення:

• штангові переносні конструкції;
• бесштанговые переносні конструкції;
• штангові переносні конструкції з металевими ланками.

Найчастіше переносні захисні механізми використовуються для проведення ремонтно-монтажних робіт на повітряних лініях або розподільних електроустановках. Принцип їх дії полягає в тому, що вони складаються з трьох основних елементів: струмопровідної деталі, контактної і власне ізолюючого елемента (їх може бути декілька).

До подібних переносним конструкцій застосовуються дуже високі вимоги, адже від їх якості безпосередньо залежить життя людей. По-перше, вони повинні бути міцними, щоб затискачі, які кріпляться до проводів або контактів, не соскакивали і не ламалися від маніпуляцій електромонтажників. По-друге, всі елементи переносної установки повинні бути зроблені з стійких матеріалів, які не розплавляться від напруги при короткому замиканні.

Можна зробити висновок, що для всього електрообладнання (від великомасштабного, що живить цілі райони електрикою, до дрібної побутової техніки) використовують системи захисного заземлення або занулення. Призначення захисного заземлення – звести ризик ураження людей струмом до мінімуму або зменшити силу напруги до безпечного рівня. Якщо дотримані всі основні вимоги щодо монтажу цих конструкцій, то людині не загрожує бути ураженим високою напругою при короткому замиканні, витоку струму або пошкодження електропроводки.

12.6. Захисне заземлення електроустановок

Основи охорони праці

Заземлювачі вертикальні забивають за допомогою механізмів у попередньо вириті траншеї глибиною 0,7-0.8 м (рис 12.7). Сталеві прутки діаметром 10-12 мм, довжиною 4-4,5 м вкручують за допомогою спеціальних пристосувань.

Занурені в землю вертикальні заземлювачі з’єд-нують смуговою сталлю, прива-рюючи її до верхнього кінця стрижня ребром нагору для кращого контакту з землею. При використанні смуги, як самостійного заземлювача, її укладають у таку ж траншею ребром нагору і засипають землею з наступним ретельним трамбуванням для поліпшення її контакту з землею.

Розташовують заземлювачі у місцях, де немає підсушування землі від прокладених трубопроводів та інших джерел тепла.

Горизонтальні заземлювачі прокладають у траншеях з однорідним ґрунтом, без щебеню і будівельного сміття.

Коли існує небезпека корозії заземлювачів, тоді:

-збільшують переріз одиночних заземлювачів;

-застосовують оцинковані заземлювачі;

-використовують електричний захист заземлювачів проти корозії.

Як штучні заземлювачі, допускається застосовувати бетон, що

проводить електрику. Для заземлювачів можна застосовувати метали, що були уживані, але вони не повинні мати сильних ознак корозії, повинні бути очищені від фарби, олив та ізолюючих речовин.

Штучні пристрої на спорудах, які заземлюють, у районах з великим питомим опором ґрунту рекомендується:

-вертикальні заземлювачі більшої довжини (більше 3 м) застосовувати, якщо на глибині питомий опір ґрунту менший, ніж ближче до поверхні;

-виносні заземлювачі розташовувати в місцях (до 2 км) з меншим питомим опором ґрунту;

-у траншеї навколо заземлювачів, прокладених горизонтально, укладати вологий глинистий ґрунт, який трамбують і засипають щебенем;

-коли застосування інших заходів неефективне, обробляти грунт для зниження його питомого опору.

На практиці у більшості випадків одного заземлювача для забез-

печення встановленої норми заземлення недостатньо. У таких ви-

Області застосування захисного заземлення та занулення. Допустимі величини опору заземлюючих пристроїв.

Згідно ГОСТ 12.1.030-81 та ПУЕ захисне заземлення та занулення потрібно виконувати при напрузі 380 В і вище змінного струму і від 110 до 440 В постійного струму при роботах в умовах підвищеної небезпеки і особливо небезпечних (ГОСТ 12.1.013-78). Величини опору захисного заземлення встановлені ПУЕ. Електроустановки від 110 до750 кВ повинні мати захисне заземлення опором не більше 0,5 Ома, а на території, зайнятої обладнанням, має бути виконане вирівнювання потенціалів.

В електричних установках вище 1000 В в мережі з ізольованою нейтраллю опір заземлювача повинно бути: Rз = 250/Jз, де Jз — розрахункова сила струму замикання на землю, А. Якщо використовується одночасно електрична установка до 1000 В, то: Rз = 125/Jз.

В електричних установках до 1000 В в мережі з заземленою нейтраллю, або заземленим висновком однофазного джерела живлення, а також із заземленою середньою точкою в 3-х провідних мережах постійного струму має бути виконано занулення.

При цьому провідники повинні бути обрані таким чином, щоб при замиканні на корпус або нульовий провідник виникав струм короткого замикання, який забезпечує відключення автомата або плавлення плавкою вставки найближчого запобіжника. У ланцюгах занулення не повинно бути роз’єднувачів і запобіжників.

Опір заземлюючих пристроїв, до яких приєднані нейтралі трансформаторів (генераторів) або висновки джерела однофазного струму, повинні бути не більше 2, 4 і 8 Ом відповідно при 380, 220 і 127 В джерела однофазного струму.

В електричних установках до 1000 В в мережі з ізольованою нейтраллю або з ізольованими висновками однофазного джерела захисне заземлення повинно бути в поєднанні з контролем опору ізоляції.

Величина опору заземлювального пристрою повинна бути не більше 10 Ом при потужності до 100 кВА і 4-х Ом відповідно більше 100 кВА. Таким чином, захисне заземлення застосовується в мережах вище 1000 В з ізольованою нейтраллю або заземленою нейтраллю, а в мережах до 1000 В — у мережах з ізольованою нейтраллю; занулення застосовується в 4-х провідних мережах напругою до 1000 В із заземленою нейтраллю.

Основним призначенням захисного заземлення та занулення є забезпечення спрацьовування максимально-струмового захисту при замиканні на корпус або землю.

Необхідно мати на увазі, що при подвійному замиканні на землю (двох фаз у різних точках) ефективність захисного заземлення знижується, так як напруга заземлених корпусів щодо землі буде частиною лінійного — пропорційно опорам заземлювачів. Занулення не забезпечує безпеку, якщо людина не може самостійно звільнитися від дії струму до моменту повного відключення мережі.

Крім того, занулення сприяє виносу потенціалу по нульовому провіднику та доступні до дотику провідні частини неушкодженого обладнання. Воно не захищає, якщо відбудеться замикання фази на землю, минаючи корпус, і перехідний опір в місці замикання буде малим.

Небезпечна наявність занулення при обриві нульового провідника, коли всі корпуси електроприймачів за точкою обриву можуть виявитися під напругою.

2.3. Захисне заземлення електроустановок

Захисне заземлення — навмисне електричне з’єднання із землею або її еквівалентом металевих неструмоведучих частин, які можуть опинитися під напругою.

Область використання захисного заземлення — мережі з ізольованою нейтраллю напругою до 1 кВ, а при напрузі вище 1 кВ у будь-яких випадках (незалежно від режиму нейтралі) [2]. На рис. 4 показана електрична схема захисного заземлення.

Як видно із рис. 4, опір тіла людини вмикається пара­лельно опору захисного заземлення. Еквівалентний опір двох паралельних опорів дорівнює:

Потенціал фазного проводу, який замкнув на кор­пус, зменшується за раху­нок спаду напруги на еквівалентному опорі, тобто

(3)

Рис. 4. Електрична схема захисного заземлення:

R_з— опір захисного заземлення; Із — струм замикання:

_к — потенціал корпуса; _з — потенціал землі

Напруга дотику людини дорівнює різниці потенціалів

(4)

Якщо розглядати найбільш несприятливі умови для людини, коли _з = 0, напруга дотику буде дорівнювати Струм, який тече через тіло людини, визна­чається за формулою

(5)

Якщо порівняти формулу (5) з формулою (1), то можна зробити висновок, що струм, який тече через тіло людини при використанні захисного заземлення, зменшився. Пока­жемо це на прикладі.

Приклад 3. За даними прикладу і визначити величину струму, який тече через тіло людини при її дотику до корпуса електроустановки, яка має захисне заземлення і опинилася під напругою. Опір захисного заземлення R_з = 10 0м. За формулою (5) одержуємо

Такий струм безпечний для людини у будь-яких випад­ках, обумовлених додатком 2. Якщо порівняти цей струм із струмом однофазного дотику (приклад 1), то він змен­шився на два порядки.

Висновок. При використанні захисного заземлення у ме­режах з ізольованою нейтраллю напругою до 1 кВ відбувається зменшення напруги дотику людини за рахунок спаду напруги на опорі захисного заземлення.

У зв’язку з цим, опір захисного заземлення повинен мати невелике значення: не вище 4 0м. Але якщо по­тужність джерела живлення (генератора або трансформа­тора) 100 кВА і менше — не вище 10 0м.

Належить звернути увагу на те, що мережі з ізольованою нейтраллю напругою до 1 кВ використовуються при підвищених умовах електробезпеки (торф’яні розробки, пересувне електрообладнання, шахти [1, п. 1.7.40], тобто набагато менше мереж з заземленою нейтраллю напругою до 1 кВ.

2.4. Електричні мережі трифазного змінного струму з заземленою нейтраллю

Заземленою нейтраллю називають нейтраль трансформатора, яка приєднана до заземлюючого пристрою безпосередньо або через малий опір.

На рис.5 приведена електрична схема трифазної чотирипроводової мережі з заземленою нейтраллю. Такі мережі дуже поширені при напрузі до 1 кВ і використовуються як у побутових, так і в виробничих умовах.

Рис. 5. Електрична схема трифазної мережі з заземленою нейтраллю: 0_р — нульовий робочий провідник; 0_з — нульовий захисний провідник; R_o — опір заземлення нейтралі трансформатора; R_п — повторне заземлення нульового захисного провідника; U_ф — фазна напруга мережі.

В таких мережах провідності ізоляції проводів відносно землі набагато менші за провідність заземлюю­чого пристрою нульової точки трансформатора, тому опори проводів відносно землі тут не враховуються.

Нульовий робочий провідник 0_р застосовується для живлення споживачів фазною напругою. 0дже, в мережах з заземленою нейтраллю можна одержати дві напруги: лінійну (напруга між двома будь-якими фазними проводами) і фазну (напруга між будь-яким фазним і нульовим проводом). Залежність цих напруг така: U_ф = 3U_л. Сполучення лінійних і фазних напруг (U_л/U_ф),В: 660/380, 380/220, 220/127. Найбільш поширеною є напруга 380/220 В.

Другий нульовий провідник (О_з) виконує роль захисного, який з’єднується з корпусом електроустановки. На випадок обриву нульового захисного провідника його повторно заземлюють через кожні 250 м і обов’язково на вводі в приміщення.

Відповідно до наказу Міністерства енергетики та елек­трифікації України від 20.02.1997 р., розмежування нульового проводу на робочий і захисний повинно здійснюватися при проектуванні житлових та громадських будівель.

У виробничих умовах схеми з розмежуванням нульового провідника виконуються дуже рідко. Практично застосову­ють один нульових провід, який має повторне заземлення і який виконує функції як захисного, так і робочого провідника. У цьому випадку у нульовому провіднику не повинно бути пристроїв, які роз’єднують коло: автоматич­них вимикачів, запобіжників тощо.

Можливі схеми вмикання людини в електричне коло при нормальному режимі роботи мережі показані на рис. 6.

Рис 6. Схеми дотику людини при нормальному режимі роботи мережі:

випадки 1,2 — однофазний дотик; випадок 3 — двофазних дотик

Розглянемо випадки дотику людини.

Перший випадок (однофазний дотик), дотик людини до корпуса електроустановки, яка не має захисних заходів і опинилася під напругою, рівнозначний її дотику до неізольованого фазного проводу. Розглянемо найбільш не­сприятливі умови для людини, коли опорами взуття і підлоги можна знехтувати. Тоді величина струму, який тече через тіло людини, залежить від послідовно ввімкнутих опорів R_h і R_о , але R_h>>R₀, тому

(6)

Приклад 4. Визначити струм, який тече через тіло лю­дини в першому випадку. Якщо покласти, що U_ф = 220 В, а R_h = 1000 0м, то згідно формули (6) I_h = 220/1000 = 0,22 А = 220 мА.

Такий струм (50 Гц) є дуже небезпечним для людини (додаток) при його дії більше 0,2 с, а в побуто­вих умовах — більше 0,08 с. Зменшити величину струму, який тече через тіло людини, можна за допомогою штучного підвищення її опору діелектричними засобами (рукавиці, електроінструмент з ізольованими ручками, боти, калоші).

Випадок другий (однофазний дотик). Людина потрапляє під фазну напругу мережі, а струм, який тече через її тіло, визначається за формулою (6). Але зменшити струм можна лиш за допомогою діелектричних рукавичок, ізоляція людини від землі не впливає на величину струму.

Третій випадок (двофазний дотик). Людина потрапляє під повну (лінійну) напругу мережі, а струм, який тече через її тіло, дорівнює

(7)

Таку формулу ми вже зустрічали (див. формулу (2), приклад 2 і висновки до прикладу 2).

Висновки. 1. Однофазний дотик людини в трифазних чотирипроводових мережах з заземленою нейтраллю небез­печніший в порівнянні з мережами із ізольованою ней­траллю, тому що ізоляція проводів відносно землі не ви­конує тут ролі захисту.

2. Двофазний дотик людини є небезпечним незалежно від режиму нейтралі мережі.

3. У зв’язку з тим, що ізоляція проводів відносно землі в мережах із заземленою нейтраллю не впливає на механізм ураження, її можна не контролювати, крім того, можливість одержання двох видів напруги (U_л, U_ф) визна­чає значну перевагу використання трифазних мереж із за­земленою нейтраллю.

Захисне заземлення

        Захисне заземлення − це навмисне електричне з’єднання з землею або її еквівалентом металевих неструмоведучих частин електроустановки, що можуть виявитися під напругою в аварійних ситуаціях (рис. 13.7).

        Метою захисного заземлення є усунення небезпеки ураження людини електричним струмом при появі напруги на корпусі або на інших неструмоведучих металевих частинах ЕУ, тобто при замиканні на корпус (наприклад, при пробої ізоляції).

Дія захисного заземлення полягає у зменшенні до безпечної величини сили струму, що проходить через тіло людини при її дотику до корпусу ЕУ, що виявився під напругою. Це досягається зменшенням потенціалу корпусу заземленого устаткування.

        Захисне заземлення електроустановок застосовують у мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю і в мережах напругою вище 1000 В з будь-яким режимом нейтралі.

        Захисний заземлюючий пристрій складається із сукупності заземлювача і провідників, що заземлюють. Заземлювач являє собою провідник або систему з’єднаних між собою металевих провідників, що знаходяться в безпосередньому контакті з землею. Провідник, що заземлює, – це металевий провідник, що з’єднує частини електричної установки, які заземлюються, з заземлювачем.

        Для заземлення електроустановок використовують природні й штучнізаземлювачі. Природними заземлювачами можуть бути металеві конструкції будинків, трубопроводи й устаткування, що мають надійне з’єднання із землею.

        Трубопроводи пальних рідин, газів, а також трубопроводи, покриті ізоляцією, наприклад, для захисту від корозії, використовувати в якості заземлювачів забороняється.

        Як штучні заземлювачі, як правило, використовують металеві труби діаметром 35…50 мм, кутову сталь з шириною полиць не менше 40 мм, довжиною 2,5… 3,5 м, які з’єднують між собою на глибині не менше 0,5 м від поверхні землі металевими смугами перерізом не менше 48 мм². У такий спосіб створюється єдина конструкція захисного заземлюючого пристрою. Алгоритм розрахунку параметрів захисного заземлюючого пристрою наведений на рис. 13.8.

        Провідники, що заземлюють, прокладають по конструкціях будинків відкрито, в легко доступних для огляду місцях. Такі провідники повинні мати відмітне фарбування: по зеленому фоні жовті смуги. До устаткування заземлюючі провідники приєднують зварюванням або болтами, а до заземлювача (під землею) – тільки зварюванням.

        За розташуванням заземлювачів відносно корпусів ЕУ, що заземлюються, захисні заземлення поділяються на виносні й контурні.

        У виносного захисного заземлення заземлювачі розташовують на деякому видаленні (не менше 20 м) від устаткування, що заземлюється.

        У контурного  захисного заземлення заземлювачі розташовують у вигляді контуру по площі, на якій розташовані ЕУ, що заземлюються.

Зануленням називається навмисне електричне з’єднання металевих неструмоведучих частин електроустановки, що можуть виявитися під напругою в аварійній ситуації, з нульовим захисним провідником.

        Дія занулення заснована на перетворенні замикання на корпус в однофазне коротке замикання з метою формування великих струмів, здатних забезпечити спрацьовування апаратів захисту (плавких вставок запобіжників, автоматичних вимикачів, магнітних пускачів з вбудованим тепловим захистом і т. п.).

        Занулення застосовують в мережах з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В, які для реалізації системи занулення перетворюють у трифазні чотирипровідні мережі (рис. 13.9). При цьому для забезпечення ефективного спрацьовування занулення необхідно, щоб провідність нульового захисного проводу була не менше 0,5 провідності фазного проводу.

        Алгоритм розрахунку параметрів занулення наведений рис. 13.10.

 

Рис. 13.8.  Алгоритм розрахунку параметрів захисного заземлюючого пристрою

        При використанні системи занулення час відключення аварійного режиму ЕУ від живильної мережі складає 5…7 с при захисті запобіжниками з плавкими вставками і 1… 2 с – при захисті автоматичними вимикачами.

        Для надійного спрацьовування цієї системи захисту необхідно виконання наступної умови:

I_к.з. > 3I^н_пл      або    I_к.з. > 1,25 I^н_авт,

        де I^н_пл – номінальний струм плавкої вставки запобіжника; I^н_авт  – номінальний струм спрацьовування автомата захисту.