Защитное заземление и зануление

Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно состоит (рис. 16.3) из заземли- теля 3 (металлических проводников, находящихся в земле с хорошим контактом с ней) и заземляющего проводника 2, соединяющего металлический корпус электроустановки 1 с заземлителем. Совокупность заземлителя и заземляющих проводов называют заземляющим устройством. Защитное заземление применяют в трехфазных трехпроводных и однофазных двухпроводных сетях переменного тока напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а также в сетях напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

Защитное действие заземляющего устройства основано на снижении до безопасной величины тока, проходящего через человека в момент касания им поврежденной электроустановки. При попадании напряжения на корпус электроустановки человек, коснувшись ее и имея хороший контакт с землей, замыкает собой электрическую цепь: фаза С — корпус электроустановки 1 — человек — земля — емкостные ХА, Хв и активные ЯЛ, RB сопротивления связи проводов с землей, фазы Л и В. По человеку пойдет ток. Несмотря на то что электрические провода сети установлены на изолированных опорах, между ними и землей существует электрическая связь.

Она происходит за счет несовершенства изоляции проводов, опор и т.н. и наличия емкости между проводами и землей. При большом протяжении проводов эта связь становится значительной, а ее активное R и емкостное X сопротивления снижаются и становятся соизмеримыми с сопротивлением тела человека. Вот почему, несмотря на отсутствие видимой связи, человек, находящийся под напряжением и имеющий контакт с землей, замыкает собой электрическую цепь между различными фазами сети.

Схема защитного заземления

Рис. 163. Схема защитного заземления:

1 — электроустановка; 2 — заземляющий проводник; 3 — заземлитель

При наличии заземляющего устройства образуется дополнительная цепь: фаза С — корпус электроустановки — заземляющее устройство - земля — сопротивления ХА, RA, Хв, RB фазы Л и В. В результате этого ток замыкания распределяется между заземляющим устройством и человеком. Так как сопротивление заземлителя (оно должно быть не более 10 Ом) во много раз меньше сопротивления человека (1000 Ом), то через тело человека будет проходить малый ток, не вызывающий его поражения. Основная часть тока пойдет по цепи через заземлитель.

Заземлители могут быть естественными и искусственными. В качестве естественных заземлителей используют металлические конструкции и арматуру зданий и сооружений, имеющие хорошее соединение с землей, проложенные в земле водопроводные, канализационные и другие трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывоопасных газов и трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии).

В качестве искусственных заземлителей применяют одиночные или соединенные в группы металлические электроды длиной 2,5—3,0 м, забитые вертикально в землю на расстоянии 2,5—3,0 м друг от друга или уложенные горизонтально в землю. Электроды изготавливают из отрезков металлических труб, угловой стали, швеллеров с толщиной стенок не менее 4 мм. Более тонкие профили вследствие коррозии быстро выходят из строя.

Между собой вертикальные электроды в групповом заземлителе соединяют с помощью сварки перемычкой, выполненной из аналогичных материалов и тех же сечений, что и сами электроды. Заземляющее устройство должно иметь вывод наружу (на поверхность земли), выполненное на сварке из таких же материалов. Оно служит для подсоединения заземляющего проводника.

Для осуществления заземляющих функций сопротивление заземляющего устройства в электроустановках напряжением до 1000 В в сети с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов, питающих сеть, 100 кВЛ и менее допускается сопротивление заземлителей не более 10 Ом. Необходимое сопротивление достигают установкой соответствующего количества электродов в зазем- лителе, определяемого расчетом. Для глинистых, влажных почв обычно бывает достаточно двух-трех электродов, но на сухих песчаных, каменистых участках этого может не хватить.

Сопротивление заземляющего устройства — это отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.

Различают выносное и контурное заземляющие устройства. Выносное устройство располагают за пределами площадки с заземляемым оборудованием. Его достоинство состоит в возможности выбора грунта с наименьшим удельным сопротивлением. Контурное заземление выполняют забивкой электродов по контуру заземляемого оборудования и между ним. Такая установка электродов создает дополнительный защитный эффект за счет повышения и выравнивания (более равномерного распределения) потенциалов земли в зоне нахождения человека.

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтралью источника тока (генератора или трансформатора). В четырехпроводных сетях с нулевым проводом и глухозаземленной нейтралью источника тока напряжением до 1000 В (таковыми являются сельские сети) зануление — основное средство защиты. Заземление в таких сетях неэффективно.

Подсоединение корпусов электроустановок к нейтрали источника тока осуществляют с помощью нулевого защитного проводника (РЕ-проводника). Его нельзя путать с нулевым рабочим проводом (N-проводником), который также соединен с нейтралью источника, но служит для питания однофазных электроустановок. Нулевой защитный проводник прокладывают по трассе фазных проводов, в непосредственной близости от них.

В качестве нулевых защитных проводников в сетях до 1000 В в первую очередь рекомендуется использовать нулевые рабочие проводники (кроме специально оговоренных случаев), к которым подсоединяют корпуса электроустановок. В этом случае его называют совмещенным нулевым защитным и нулевым рабочим проводником (PETV-проводником).

Защитное действие зануления основано на снижении до безопасной величины тока, проходящего через человека в момент касания им поврежденной электроустановки, и последующем отключении этой установки от сети. Работает зануление следующим образом. При попадании напряжения на корпус зануленной электроустановки 8 (рис. 16.4) большая часть тока с него пойдет в сеть через нулевой защитный провод 6'. Через человека по цепи: корпус электроустановки 8 — человек — земля — заземляющее устройство 9 — нулевой рабочий провод 5 пойдет незначительный ток, не вызывающий его поражения (ввиду более высокого сопротивления этой цепи по сравнению с сопротивлением цепи через нулевой защитный провод 6). Одновременно с этим замыкание на корпус фазного провода при такой схеме защиты автоматически превращается в однофазное короткое замыкание между фазным и нулевым рабочим проводом 5 сети, в результате чего через 0,2—7 с срабатывает токовая защита (перегорает предохранитель 7, выключается автоматический выключатель и т.п.) и электроустановка, а вместе с ней и человек, полностью обесточиваются. Таким образом, в первоначальный момент зануление работает аналогично защитному заземлению, а в последующем оно полностью прекращает действие тока на человека. Только при этом ток, проходящий через тело человека до срабатывания защиты, будет в несколько раз меньше, так как сопротивление зануляющего проводника обычно не превышает 0,3 Ом, а сопротивление заземлителя допускается до 4 Ом.

Схема зануления

Рис. 16.4. Схема зануления:

  • 1 заземлитель нейтрали трансформатора; 2 — источник тока (трансформатор);
  • 3 нейтраль источника тока; 4 — зануление корпуса трансформатора; 5 — нулевой рабочий (он же и нулевой защитный) провод сети; 6 — нулевой защитный провод электроустановки; 7 предохранитель; 8 — электроустановка; 9 — повторное заземление нулевого защитного провода сети, L{} L2> L2 фазные провода;

PEN — нулевой рабочий проводник и нулевой защитный проводник,

совмещенные в одном

В запуленных электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с целью надежного обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников и их соединений должна обеспечить ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в три раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя или автоматического выключателя, имеющего расцепитель с обратнозависимой от тока характеристикой (тепловой расцепитель), в 1,4 раза — для автоматических выключателей с электромагнитными расцепителями с силой номинального тока до 100 А и в 1,25 раза — с величиной тока более 100 А.

Нулевой защитный провод 5 сети должен обеспечивать надежное соединение корпусов электроустановок с нейтралью источника. Поэтому все соединения выполняют сварными. В нем запрещается установка предохранителей и выключателей (за исключением случая одновременного отключения и фазных проводов).

Нулевой защитный провод 5 сети заземляют: у источника тока с помощью заземлителя 1 на концах воздушных линий (или ответвлений от них) длиной более 200 м; а также на вводах воздушной линии к электроустановкам. Повторные заземления 9 необходимы для уменьшения опасности поражения электрическим током при обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус электроустановки за местом обрыва, а также для снижения напряжения на корпусе в момент срабатывания токовой защиты. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль источника тока, с учетом естественных и повторных заземлителеи нулевого провода должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях источника трехфазного тока 660, 380 и 220 В. Сопротивление каждого повторного заземлителя в отдельности должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

В сети, где применяют зануление, нельзя заземлять корпуса электроустановок без их зануления, так как в случае замыкания фазы на корпус заземленной, но не зануленной электроустановки под напряжением окажутся все корпуса других зануленных электроустановок. В то же время дополнительное заземление зануленных электроустановок не запрещается. Оно повышает надежность заземления нулевого провода.

Если в помещении находится несколько электроустановок, то их заземляют или зануляют, подсоединяя к магистрали заземления (зануления), представляющей собой металлический проводник сечением не менее 100 мм2, укрепленный по периметру помещения. Магистраль соединяют с заземлителем или нулевым защитным проводником (в зависимости от принятой системы защиты), или с тем и другим одновременно. Последовательное заземление или зануление электроустановок (одна от другой) не разрешается (рис. 16.5).

Заземлители с магистралью зануления заземления соединяют не менее чем двумя проводниками, подсоединяя их к заземлителю в разных местах.

Все соединения в цени заземления и зануления выполняются сварными. К корпусам электроустановок разрешается присоединять нулевые защитные и заземляющие проводники болтовым соединением с предусмотрением мер против ослабления контакта и его коррозии.

Для обеспечения надежной защиты сечения всех защитных проводников (PE-проводников) должны быть не менее приведенных в табл. 16.1 при условии выполнения их из тех же материалов, что и фазные проводники.

Схема группового зануления электроустановок

Рис. 16.5. Схема группового зануления электроустановок:

1, 4, 5 и 6 — правильное зануление электроустановки; 2 и 3 — неправильное зануление электроустановки; 7 — магистраль заземления (зануления)

Таблица 16.1

Наименьшие площади поперечного сечения защитных проводников РЕ

(заземляющие проводники, нулевые защитные проводники)

Сечение фазных проводников, мм2

Наименьшее сечение защитных проводников (Р?-нроводников), мм2

S < 16

S

16 <5 <35

16

5 > 35

.9/2

Размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле, приведены в табл. 16.2.

Таблица 16.2

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников,

проложенных в земле

Материал

Профиль сечения

Диаметр,

мм

Площадь поперечного сечения, мм2

Толщина стенки, мм

Сталь

черная

Круглый:

  • — для вертикальных заземлите л ей;
  • — для горизонтальных заземлителей. Прямоугольный.

Угловой.

Трубный

  • 16
  • 10
  • 32
  • 100
  • 100
  • 4
  • 4
  • 3,5

Сталь

оцинкованная

Круглый:

  • — для вертикальных заземлителей;
  • — для горизонтальных заземлителей. Прямоугольный.

Трубный

  • 12
  • 10
  • 25

75

  • 3
  • 2

Окончание табл. 16.2

Материал

Профиль сечения

Диаметр,

мм

Площадь поперечного сечения, мм2

Толщина стенки, мм

Медь

Круглый.

Прямоугольный.

Трубный.

Канат многопроволочный

  • 12
  • 20
  • 1,8*
  • 50
  • 35
  • 2
  • 2

* Диаметр каждой проволоки.

Заземление или зануление электроустановок следует выполнять при номинальном напряжении:

  • - выше 50 В переменного тока или выше 120 В постоянного тока - во всех электроустановках независимо от того, где они эксплуатируются;
  • — выше 25 В переменного тока или выше 60 В постоянного тока — в помещениях с повышенной опасностью;
  • — выше 12 В переменного тока или выше 30 В постоянного тока — в особо опасных помещениях и в наружных установках;
  • - при любом напряжении переменного и постоянного тока — во взрывоопасных помещениях любого класса.

К частям, подлежащим занулению или заземлению, относятся: корпуса электрических машин (в том числе технологическое оборудование с электропитанием), корпуса трансформаторов, светильников, каркасы распределительных щитов, рубильников, щитов управления, металлические оболочки и броня электрических кабелей; металлические трубы, в которых проложена электропроводка; металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников и другие в соответствии с требованиями ПУЭ.

Зануление (заземление) металлических корпусов переносных электроустановок осуществляют третьей жилой для однофазных или четвертой жилой — для трехфазных электроприемников, находящейся в одной оболочке с фазными проводами. Жилы этих проводов должны быть гибкими, медными, их сечение должно быть равно сечению фазных проводников и быть не менее 1,5 мм2. Втычные соединители (вилки и розетки) должны быть выполнены так, чтобы соединение заземляющих и нулевых защитных проводников происходило до соединения фазных проводников, а рассоединение происходило в обратной последовательности. Обычно этого достигают применением у вилки более длинного штыря для защитного проводника, чем для фазных проводов. Во всех случаях вилку подсоединяют к электроприемнику, розетку — к сети.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >