Защитное заземление.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Служит для превращения замыкания на корпус в замыкание на землю с целью уменьшения напряжения на корпусе относительно земли до безопасной величины.

Заземлить – означает металлически надежно, с помощью проводов, не имеющих изоляции, или шин, соединить с заземлителями подлежащие защите элементы или части оборудования. Заземлители бывают естественные и искусственные.

Естественные заземлители – металлические предметы, имеющие достаточную и постоянную поверхность соприкосновения с землей (трубопроводы, элементы конструкции зданий, баки для воды).

Искусственные заземлители – любые металлические предметы, имеющие достаточную и постоянную поверхность соприкосновения с землей, специально закладываемые в землю для целей заземления (трубы, уголки, профили, пруты).

Естественные и искусственные заземлители соединяют друг с другом металлической стальной шиной, сечение которой обуславливается значением токов замыкания на землю и механической прочностью заземлителей.

Заземляющим проводником называют провод, соединяющий защищаемое оборудование с находящимся в земле заземлителем.

Качество заземлителя определяется значением сопротивления заземления и изменением напряжения относительно земли. Под сопротивлением заземления заземлителя понимают сопротивление между заземлителем (у места соприкосновения с грунтом) и землей. Значение сопротивления заземления определяется как отношение полного напряжения относительно земли к полному току замыкания на землю. Под полным напряжением относительно земли понимается напряжение, возникающее в цепи тока замыкания на землю между заземлителем и землей (зона нулевого потенциала).

Физическая сущность защитного заземления показана на рисунке, где слева изображен любой трехфазный электроприемник (электродвигатель, трансформатор, прибор), справа – источник электроэнергии, нейтраль которого наглухо заземлена. На этом же рисунке представлена зависимость изменения напряжения U от L, где L – расстояние между заземлителем и зоной нулевого потенциала.

 

Принципиальная схема заземления для защиты от напряжения, возникшего на корпусе оборудования. 1 – электроприемник; 2, 3 – заземлители; 4 – источник элктроэнергии; z_чел – полное сопротивление тела человека; U_п – полное напряжение относительно земли; U_пр – напряжение прикосновения; U_шаг – напряжение шага; r – активное сопротивление изоляции; с – емкость провода относительно земли.

Если изоляция электроприемника повредилась, то его токоведущая часть электрически соединилась с незаземленным металлическим корпусом технологического оборудования или защитного устройства. Коснувшись такого корпуса или же поддерживающей его конструкции, оставленной без заземления, человек оказывается под напряжением прикосновения, значение которого равно фазному или близко к нему. Таким образом, сущность защиты с помощью устройства заземлений заключается в создании такого заземления, которое обладало бы сопротивлением, достаточно малым для того, чтобы падение напряжения на нем (а именно оно и будет поражающим) не достигло значения, опасного для человека. В поврежденной цепи необходимо обеспечить такое значение тока, которое было бы достаточным для надежного срабатывания защитных устройств, установленных на источнике питания.

Нормирование сопротивления заземления. Для сетей напряжением ниже 1000 В на основании статистических данных “Правилами устройства электроустановок” определено лишь верхнее численное значение допустимого предела сопротивления заземления, а именно 40 м.

6. Зануление (заземляющая система с нулевым заземленным проводом).

Занулением называется защитное мероприятие, применяемое только в сетях с заземленной нейтралью напряжением ниже 1000 В, предназначенное для защиты людей от напряжения, возникающего на металлических частях оборудования, нормально не находящихся, но могущих оказаться под напряжением при тех или иных повреждениях изоляции, и заключающееся в создании в поврежденной цепи значения тока, достаточного для надежной работы защиты.

Занулить – это значит металлически (электрически) надежно соединить подлежащие защите части оборудования с нулевым проводом. Зануление требует применения заземлителей для присоединения к ним нулевого провода. Но значение этих заземлителей иное, чем при заземлении.

 

 

Принципиальная схема зануления для защиты людей от напряжения, возникающего на корпусе оборудования при повреждении изоляции. 1 – электроприемник; 2, 3 – заземлители; 4 – источник электроэнергии; 5 – распределение U_пр при отсутствии заземления; 6 – то же при его наличии; z_чел – полное сопротивление тела человека; R_з,n – сопротивление повторного заземления; R_зм – сопротивление заземлителя нейтрали генератора; U_о – падение напряжения на нулевом проводе; U_пр – падение напряжения при отсутствии повторного заземления; U_пр – то же при его наличии.

Физическая сущность защиты в системе зануления поясняется на рисунке, на котором представлена принципиальная схема зануления с одним электроприемником. Показано соединение нейтралей источника электроэнергии с корпусом электроприемника; приведена диаграмма, характеризующая изменение напряжения относительно земли, возникающего при повреждении изоляции в двух случаях:

– нулевой провод имеет единственное заземление у источника электроэнергии;

– нулевой провод имеет повторное заземление у электроприемника.

В первом случае напряжение прикосновения увеличивается в сторону электроприемника и достигает максимального значения у его корпуса; численно это напряжение будет равно падению напряжения на нулевом проводе при коротком замыкании, возникающем в электроприемнике между фазным и нулевым проводом. Если сопротивление фазного провода r_ф будет равно сопротивлению нулевого провода r₀, то напряжение прикосновения в момент короткого замыкания на корпусе электроприемника при отсутствии повторного заземлителя будет равно половине фазного. Если же сопротивление нулевого провода будет больше сопротивления фазного, то напряжение прикосновения будет больше половины фазного. Уменьшить напряжение прикосновения можно двумя путями: увеличив сечение нулевого провода или устроив повторные заземлители.

Вывод: физическая сущность защиты посредством системы зануления заключается в снижении напряжения прикосновения путем уменьшения сопротивления нулевого провода и перераспределения напряжения прикосновения между основным (нейтраль трансформатора) и повторным (у электроприемника) заземлителями с помощью повторных заземлителей, численные значения сопротивлений которых роли не играют.

7. Защитное отключение.

Защитное отключение – это система защиты, основанная на автоматическом отключении электроприемника, если на металлических частях его, нормально не находящихся под напряжением, появляется напряжение, значение которого опасно для человека.

Такую систему, предназначенную для сети с изолированной нейтралью, принципиально можно использовать и для сети с заземленной нейтралью.

Принцип работы:

Принципиальная схема защитного отключения.

1 – корпус электроприемника; 2 – оттягивающая пружина; 3 – защелка, удерживающая ножи отключателя; 4 – отключающая катушка; 5, 6 – заземлители.

 

При защите человека от напряжения, возникающего на корпусе одиночного электроприемника вследствие повреждения его изоляции, возможны два случая: электроприемник не заземлен и электроприемник имеет заземление.

Первому случаю соответствует рисунок (I) – контакт с заземлителем разомкнут. На некотором расстоянии от защищаемого электроприемника забивают в землю заземлитель. Далее ставят сам отключатель или защитный выключатель. На рисунке все элементы этого выключателя для наглядности принципа действия разобщены. Защитный выключатель (отключатель) имеет катушку, разрывающую цепь при подаче на нее напряжения. Он может иметь и включающую катушку, позволяющую производить включение нажатием кнопки. Отключающая катушка удерживает выключатель в замкнутом включенном состоянии с помощью защелки. Один конец катушки подсоединен к корпусу электроприемника, второй – к выносному заземлителю. В случае повреждения изоляции, между корпусом электроприемника и выносным заземлителем появляется фазное напряжение. Отключающая катушка окажется под напряжением, и через нее пойдет ток. Ее сердечник втянется и освободит удерживающую защелку. Пружина оттянет ножи выключателя, и цепь разорвется. Напряжение прикосновения на корпусе электроприемника пропадет, соприкосновение с ним станет безопасным.

Если корпус электроприемника заземлен, то разъединитель заземлителя будет включен. При повреждении изоляции на корпусе электроприемника появится напряжение, но оно уже не будет равно фазному. Значение возникшего напряжения определит падение напряжения на заземлителе, равное току замыкания на землю, умноженному на сопротивление заземления заземлителя. В этом случае катушка выключателя должна быть рассчитана на действие от меньшего напряжения. Основой защиты с помощью защитного отключения является быстрое отключение поврежденного электроприемника. Чем меньше время действия отключающего устройства, тем надежнее система защиты. Одним из преимуществ защитного отключения является то, что оно может срабатывать и не при полном замыкании, а уже в начале развития повреждения. Это его существенное преимущество.