Защитное заземление электроустановок

Назначение, принцип действия и область применения защитного заземления. Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металличе­ских нетоковедущих частей электроустановок — корпусов и оболочек, конструкций, ограждений и др., которые могут оказаться под напряже­нием в результате повреждения изоляции, замыкания на корпус и по Другим причинам.

Замыкание на корпус или, точнее, электрическое замыкание на корпус — случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. Замы­кание на корпус может быть результатом, например, случайного ка­сания токоведущей части корпуса машины, повреждения изоляции, падения провода, находящегося под напряжением, на нетоковедущие металлические части и т.п.

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоко-ведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением. Защитное заземление следует отличать от рабочего за­земления и заземления молниезащиты.

Заземление молниезащиты — преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников с целью отвода от них то­ков молнии в землю.

Основной характеристикой защитного заземляющего устройст­ва (ЗУ) является электрическое сопротивление, которое состоит из со­противления растеканию тока с заземлителей и сопротивления со­единительных проводников. В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на корпус электрооборудования через ЗУ будет проходить ток /₃ и корпус окажется под напряжением относительно земли С7₃,

равным разности потенциалов корпуса и нулевого потенциала земли (за пределами зоны растекания тока, обычно не ближе 20 м от оди­ночного заземлителя).

При малых значениях сопротивления ЗУ напряжение корпуса относительно земли будет небольшим и прикосновение к корпусу бу­дет безопасным (U₃ = I₃R₃ < U_доп).

На рис. 16.1 приведена принципиальная схема защитного за­земления в сети с изолированной нейтралью.

Защитное заземление применяется в электроустановках напря­жением до 1 кВ и выше 1 кВ до 35 кВ с изолированной нейтралью, а также в сетях 110 кВ и выше с эффективно заземленной нейтралью.

На рис. 16.2 показаны кривые распределения электрических потенциалов на поверхности земли при замыкании фазы на зазем­ленный корпус электродвигателя.

Рис. 16.2. Графики распределения потенциалов на поверхности земли в зоне замыкания фазы на землю

Как видно из рис. 16.2, по мере удаления от заземлителя R₃, при­чем потенциалы всех корпусов, присоединенных к общему ЗУ, одина­ковы и равны ср₃, напряжения прикосновения убывают по мере прибли­жения человека к заземлителю (в данном случае к первому корпусу Ml).

Принцип действия защитного заземления — снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обуслов­ленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигает­ся путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (за счет уменьшения сопротивления заземления), а также путем вырав­нивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и зазем­ленного оборудования (за счет подъема потенциала основания, на ко­тором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

При оценке значения напряжения прикосновения следует учесть еще и сопротивление обуви и пола (для помещений), включенных по­следовательно с сопротивлением тела человека (.R_Qg и R_n). Защитой

людей от воздействия напряжений прикосновения и шага служит правильно рассчитанное и выполненное заземляющее устройство.

Типы заземляющих устройств. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя — проводников (электродов), соединенных между собой и находящихся в непосредственном сопри­косновении с землей, 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 (рис. 16.3) характеризу­ется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляе­мое оборудование, или сосредото­чен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное за­земляющее устройство называют также сосредоточенным,.

Существенный недостаток выносного заземляющего устрой­ства — отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэф­фициент прикосновения α₁ = 1. Поэтому этот тип заземляющего уст­ройства применяется лишь при малых токах замыкания на землю и, в частности, в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя φ₃

не превышает значения допустимого напряжения прикосновения Uпр.доп( с учетом α₂):

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

Необходимость в устройстве выносного заземления может возник­нуть в следующих случаях: при невозможности по каким-либо причи­нам разместить заземлитель на защищаемой территории; при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли; при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) 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. Часто электроды распределяются на площад­ке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Безопасность при контурном заземляющем устройстве может быть обеспечена не за счет уменьшения потенциала заземлителя до безопасных значений, а за счет выравнивания потенциала на защи­щаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых значений. Это достигается путем соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

В качестве примера на рис. 16.4 показано распределение по­тенциала в момент замыкания фазы на заземленный корпус на от­крытой подстанции, имеющей контурное заземление.

Как видно из рисунка, изменение потенциала в пределах пло­щадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно; при этом напряжение прикосновения U и шаговое напря­жение С/_ш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя ср₃.

Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад ф_з. Чтобы исключить в этих местах опасные шаговые напряжения,

которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами, в первую очередь в местах проходов и проездов, укладывают в землю на различной глубине дополнитель­ные стальные полосы, соединенные с заземлителем. Благодаря этому ^спад потенциала в таких местах происходит по пологой кривой.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит есте­ственным путем за счет наличия металлических конструкций, трубо­проводов, кабелей и подобных им проводящих предметов, связанных с разветвленной сетью заземления.