Захисне заземлення

Вступ

Основні причини нещасних випадків від дії електричного струму:

 

• випадковий дотик, наближення на небезпечну відстань до струмопровідних частин, що перебувають під напругою;

• поява напруги дотику на металевих  конструктивних частинах електроустаткування (корпусах, кожухах тощо) у результаті пошкодження ізоляції або з інших причин;

• поява напруги на відключених  струмопровідних частинах, на яких працюють люди, внаслідок помилкового  включення установки;

• виникнення напруги кроку на поверхні землі через замикання проводу на землю.

 

Основними заходами захисту від  ураження електричним струмом є:

 

• забезпечення недоступності струмопровідних  частин, що перебувають під напругою, для випадкового дотику;

• електричний поділ мережі;

• усунення небезпеки ураження з появою напруги на корпусах, кожухах та інших частинах електроустаткування, що досягається захисним заземленням, зануленням, захисним відключенням;

• застосування малих напруг;

• захист від випадкового дотику до струмопровідних частин застосуванням  кожухів, огорож, подвійної ізоляції;

• захист від небезпеки при переході з вищої на нижчу напругу;

• контроль і профілактика пошкоджень ізоляції;

• компенсація ємнісної складової  струму замикання на землю;

• застосування спеціальних електрозахисних  засобів - переносних приладів і запобіжних пристроїв;

• організація безпечної експлуатації електроустановок.

 

 

 

 

 

 

Захисне заземлення

Небезпека ураження обслуговуючого персоналу електричним струмом виникає при використання та експлуатація електрообладнання. Небезпечна для людини напруга з’являється на металевих частинах конструкції устаткування при їх випадковому контакті

з неізольованим струмоведучим  провідником. Одним із технічних  засобів забезпечення безпеки експлуатації устаткування в такому аварійному режимі є захисне заземлення.

 

Захисне заземлення. Головне призначення захисного заземлення - знизити потенціал на корпусі електроустаткування до безпечного значення. Доторкання до металевої струмоведучої частини електропристрою, який не має електричного з’єднання з землею і опиняється під напруженням внаслідок пробою ізоляції, дорівнює доторканню до однієї з фаз електричної мережі. При пробої ізоляції на корпус, з’днаний з землею, він опиняється під напругою, що дорівнює               Uз = Iз Rз, а людина, яка торкнулася цього корпусу буде знаходитись під напругою доторкання  Uдот = а Uз. Отже, струм через тіло людини Ih = Uдот/Rh = aUз/Rh = a Iз Rз/Rh , де Uз – потенцыал пристрою заземлення; a – коефіцієнт доторкання, що залежить від відстані заземленого корпусу до заземлювача; Iз – струм замикання на землю; Rз – опір обладнання заземлення.

Опір обладнання заземлення залежть  від питомого опору грунту у якому  воно розташовується. Приблизні значення питомих опорів різних грунтів подано в таблиці:

 

Грунт	Можливі межі коливань р Омм
Глина	8 - 70	40
Суглинок	40 - 150	100
Пісок	400 – 700	700
Супісок	150 - 400	300
Торф	10 – 30	20
Чорнозем	9 - 53	20
Садова земля	30 – 60	40
Кам’яний	500 – 800	-
Скелястий	100000 - 100000000	-

 

Напруга доторкання і відповідно струм  через тіло людини, що торкається корпусу обладнання, можуть бути значно зменшені застосуванням заземлення з малим опром.

 

 

Для запобігання електричним травмам, які можуть бути викликані при  торканні металевих конструкцій  або корпусів електрообладнання, що опинилось під напругою внаслідок пошкодження ізоляції, а також для захисту апаратури улаштовуються захисні заземлення, що являють собою навмисне з’єднання з землею або її еквівалентом металевих частин електропристроїв, що  не знаходяться під напругою.

Таке з’єднання здійснюють за допомогою приладу заземлення, що являє собою сукупніть заземлювача та провідників заземлення. Заземлювачем слугує один або кілька металевих провідників будь-якої форми (труба, кутик, проволока тощо), що знаходяться у безпосередньому стиканні із землею (грунтом). Металевий провідник заземлення з’єднує електрообладнання та апаратуру з заземлювачем.

Захисне заземлення може бути ефективним у тому разі, коли струм замикання на землю не збільшується зі зменшенням опору заземлення. Це можливо в мережах з ізольованою нейтраллю, де при замиканні на землю або на заземлений корпус струм не залежить від провідності (чи опору) заземлення, а також у мережах напругою понад 1000 В із заземленою нейтраллю. В останньому випадку замикання на землю є коротким замиканням, при цьому спрацьовує максимальний струмовий захист. У мережі з заземленою нейтраллю напругою до 1000 В заземлення неефективне, тому що навіть при глухому замиканні на землю струм залежить від опору заземлення, і зі зменшенням останнього струм зростає.

Зони застосування захисного заземлення:

 

• з напругою мережі до 1000 В змінного струму - трифазові трипроводові з  ізольованою нейтраллю; однофазові двопроводові, ізольовані від землі, а також постійного струму двопроводові з ізольованою середньою точкою обмоток джерела струму;

• з напругою мережі понад 1000 В  змінного і постійного струму з будь-яким режимом нейтральної чи середньою  точкою обмоток джерел струму.

 

Захисному заземленню підлягає устаткування:

 

• у приміщеннях з  підвищеною небезпекою й особливо небезпечних, а також у зовнішніх установках заземлення є обов'язковим при номінальній напрузі електроустановки вище 42 В змінного струму і понад 110 В постійного струму;

• у приміщеннях без  підвищеної небезпеки заземлення є  обов'язковим при напрузі 380 В і вище змінного струму та 440 В і вище постійного струму;

• у вибухонебезпечних  приміщеннях заземлення виконується незалежно від значення напруги [1].

 

Залежно від розташування заземлювачів заземлення можуть бути виносні та контурні. Перевагою виносного заземлювального пристрою є можливість вибору місця розміщення електродів заземлювача із найменшим опором ґрунту (сирий, глинистий, у низинах тощо). Тут заземлені корпуси перебувають поза полем розтікання, тобто виносне заземлення захищає тільки за рахунок малого опору заземлення.

У випадку контурного заземлення в приміщенні відкрито, по будівельних конструкціях, споруджується внутрішній контур заземлення, з яким за допомогою з’єднувальних провідників з’єднуються неструмовідні елементи обладнання, що заземлюються. Зовні приміщення в грунті на глибині 0,7…1,0 м споруджуються контурний заземлюючий пристрій ( вертикальні електроди, з’єднані горизонтальниим електродом).

 

Контурний заземлювальний пристрій характеризується тим, що електроди його розміщуються по контуру (периметру) площини, на якій розташоване заземлювальне устаткування, а також усередині цієї площини. Тут будь-яка точка поверхні ґрунту усередині контуру має значний потенціал. Унаслідок цього різниця потенціалів між точками, що містяться всередині контуру, знижена, і коефіцієнт дотику а є набагато меншим за одиницю. Струм крізь людину, що торкається корпуса, також є меншим, ніж при виносному заземленні.

            Іноді при виконанні контурного заземлення всередині контуру прокладають горизонтальні смуги, що додатково вирівнюють внутрішні потенціали контуру (заземлювач у вигляді сітки). Усередині приміщень вирівнювання потенціалу відбувається природним шляхом за рахунок наявності металевих конструкцій, трубопроводів, кабелів і подібних їм провідних предметів, пов'язаних з розгалуженою мережею заземлення. Щоб зменшити напругу кроку за межами контуру, вздовж проходів і проїздів у ґрунт закладають спеціальні шини.

Захисна дія заземлення засноване  на тому, що частини електроустановок, дотик до яких небезпечно при порушенні ізоляції, з'єднують з заземлювачами, розташованими в грунті, тобто створюється заземлення, яке має опір, досить мале для того, щоб падіння напруги на ньому (а саме воно впливає на організм, визначаючи значення струму) не досягало небезпечного значення. Тому людина, що доторкнеться до заземленою частини, потрапляє під знижена напруга. Чим краще заземлення, тобто чим менше його опір, тим менше з'являється при порушенні ізоляції напруга на машинах, верстатах, корпусах електроапаратів і двигунів, конструкції будівель, опорах повітряних ліній і на поверхні землі [2].

Розрізняють заземлители  штучні, призначені лише заради цілей  заземлення, та природні – перебувають  у землі металеві предмети інших цілей.

У першу чергу для заземлення електроустановок використовують природні заземлювачі: металеві частини (арматуру) залізобетонних конструкцій (фундаментів опор ліній електропередач і підстанцій, фундаментів будинку); металеві підземні комунікації (трубопроводи, броню і оболонки кабелів); наземні комунікації (рейкові шляхи) і ін Якщо природні заземлювачі забезпечують виконання вимог, що пред'являються до параметрів заземлюючих пристроїв, то штучні заземлювачі застосовують, якщо необхідно зменшити струми, що протікають по природним заземлювачами або що стікають з них в землю. Це означає, що в ряді випадків можна обмежитися використанням природних заземлювачів і відмовитися від штучних, що знижує витрати матеріалів і праці при монтажі і полегшує експлуатацію заземлюючих пристроїв.

Використання залізобетонних фундаментів будівель в якості заземлювачів в даний час вважається можливим лише в грунтах вологістю не менше 3% (з-за високого електричного опору бетону при меншій вологості) і тільки при впливі на фундаменти неагресивних або слабкоагресивних грунтових вод за відсутності гідроізоляції або при захисті поверхні фундаментів бітумним (або бітумно-латексним) покриттям відповідно до вимог СНиП II-28-73.

Не можна використовувати в  заземлюючих пристроях знаходяться  в середньо-або сільноагрессівних  середовищах залізобетонні конструкції (це може посилити корозію конструкцій) залізобетонні конструкції (плити, балки, ферми, колони) з напружуємося арматурою, а також металеві і залізобетонні конструкції будинків, віднесених до першої категорії по захисту від блискавки , для захисту цих будинків від прямих ударів блискавок.

З урахуванням наведених обмежень використання конструкцій будівель в якості заземлюючих пристроїв  дало на ряді об'єктів можливість повністю відмовитися від виконання штучних  заземлювачів в грунті, різко скоротити  протяжність заземлюючих провідників всередині будівель та отримати суттєвий економічний ефект.

Всі елементи металевих і залізобетонних конструкцій (фундаментів, колон, ферм, кроквяних, підкроквяних і підкранових  балок) в заземлюючих пристроях  з'єднують так, щоб була безперервна електричний ланцюг по металу. У залізобетонних колонах, крім того, передбачають заставні деталі на кожному поверсі будівлі для приєднання заземлюється електричного та технологічного обладнання. Наявні в будівлях зварні, а також болтові або заклепувальні з'єднання металевих колон, ферм і балок достатні для безперервності електричного кола. У місцях, де окремі елементи металоконструкцій не мають таких з'єднань, передбачають приварку гнучких перемичок перерізом не менше 100 мм2. Збірні залізобетонні фундаменти рекомендується використовувати як ЗАЗі-млітелей, якщо є можливість з'єднання арматури окремих блоків між собою.

Вертикальну арматуру паль в пальових фундаментах з'єднують з арматурою  ростверку або фундаментних блоків електродугової зварюванням. Просторові металеві каркаси колон і склянок фундаментів, а також арматурні сітки їх підошов зварюють точкової зварюванням на контактних машинах [3].

Заставні деталі (вироби) рекомендовані  у вигляді відрізків з кутовий  стали 63х63х5 довжиною 60 мм, приварюється до арматур і виступаючих на поверхню бетону; металеві перемички - у вигляді стрижнів діаметром не менше 42 мм, приварюється до закладних деталей.

Розроблена методика розрахунку опору  фундаментів, що використовуються як заземлювачів і нівелюючих провідників.

У випадку, якщо на будинку споруджується  молніепріемная сітка, її з'єднують  перемичками в безперервну електричну мережу з колонами, що використовуються в якості токоотво-дів, і фундаментами, що використовуються в якості заземлювачів. До сітці приєднують всі виступаючі над покрівлею металеві пристрої (вентиляційні шахти та ін.)

Металеві перемички потрібно встановлювати  при використанні як природних заземлювачів труб водопроводу на водоміра і засувках. Якщо при ремонті, необхідно зняти перемичку, заздалегідь повинна бути встановлена інша. Приєднувати заземлюючі провідники від електроустаткування до лінії водопроводу потрібно за водоміром. Використовувати трубопровід каналізації не дозволяється, тому що каналізаційні труби не мають надійного електричного контакту в стиках.

Природними заземлювачами на підстанціях можуть бути залізобетонні стійки, виготовлені з електротехнічного бетону.

В якості природних заземлювачів на лініях електропередачі використовуються залізобетонні подножнікі і палі в найбільш поширених грунтах з питомим опором до 300 Ом • м, тобто глинах, супісках. Спостереження і дослідження показали, що не тільки в таких, але і в піщаних і скельних грунтах спостерігається постояннoe зволоження бетону за рахунок капілярного підсосу вологи з прилеглих шарів землі, внаслідок чого залізобетонні фундаменти через кілька місяців після їх установки стають природними заземлювачами з мало змінюються протягом року значеннями опорів. Це дало підставу рекомендувати їх використання в грунтах з опором до 1000 Ом • м, що дає економію металу та витрат.