Защитное заземление

 

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования в целях электробезопасности (например, металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при замыкании фазы на корпус при повреждении изоляции). Его применяют в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и в сетях выше 1000 В независимо от режима нейтрали. Суть заземления заключается в том, что все металлические корпуса и конструкции, на которых может появиться напряжения, заземляют, т.е. присоединяют к земле через малое сопротивления заземления R₃. Оно во много раз меньше сопротивления человека R_h (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Схема защитного заземления

 

В случае замыкания на корпус практически весь ток замыкается на землю через заземлитель. Напряжение корпуса относительно земли U_к = I₃R₃, где I₃ – ток замыкания на землю:

 

 

Напряжение прикосновения в более неблагоприятном случае будет U_пр ≈ U_к, тогда

 

,

 

отсюда следует, что через человека будет тем меньше, чем меньше R₃ и чем больше R_h и Z.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления в электрических установках напряжением до 1000 В не должно превышать 4 Ом. При мощности подстанции до 100 кВ допускается R₃ ≤ 10 Ом.

Заземлители бывают искусственные - специально выполненные для цели заземления (металлические стержни, уголки, трубки, полосы) и естественные – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей (металлоконструкции зданий и сооружений, железобетонные фундаменты, некоторые коммуникации, например, металлические трубы водопровода и т.д.) Не следует использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, канализацию и центральное отопление.

По способу расположения относительно заземленного оборудования различают заземлители выносные – корпуса не находятся в зоне растекания тока; контурные – выполняются по периметру и внутри защищаемой территории, а также сосредоточенные.

Оценка эффективности действия защитного заземления производится сравнением значений тока I_h, вычисленных без учета заземления и с учетом заземления.

Задание 1.

Дано: U_ф = 220 В, R_h = 1000 Ом, R₃ = 3 Ом, R_ф = 3000 Ом.

Определить: эффективность защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью

Решение.

Без заземления:

 

мА.

 

С заземлением:

 

мА,

 

U_к = 0,22·3 = 0,66 В, I_h = 0,66/1000 = 0,66 мА.

 

Вывод: защитное заземление эффективно.

Исследуем эффективность защитного заземления в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью по схеме (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Схема заземления

 

R_о – сопротивление заземленной нейтрали;

R₃ – сопротивление заземленной электрической установки;

U_к – напряжение корпуса электрической установки относительно земли.

Из схемы видно, что в случае замыкания фазы на корпус электрической установки ток замыкания I₃ последовательно проходит через сопротивление R₃ и R_о и определяется выражением:

 

,

 

U_k = I₃·R₃ R_o ≈ R₃, тогда

 

, ,

 

Задание 2.

Дано: U_ф = 220 В; R_h = 1000 Ом; R_о = 3,3 Ом; R₃ = 4 Ом; R_ф = 3 кОм.

Определить: эффективность защитного заземления в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью

Решение.

Без заземления:

 

 

С заземлением:

 

; U_к = 304 = 120 В,

 

,

 

Вывод: защитное заземление неэффективно, т.к. I_h - смертельно опасен для человека.

Основной мерой защиты от замыкания на корпус в электрических сетях напряжением до 1000 кВ с глухозаземленной нейтралью является зануление.