Глава третья
ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ
3-1. Назначение и устройство защитного заземления .
В электроустановках до 1 000 В с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях ток замыкания проходит через изоляцию неповрежденных фаз. Если состояние изоляции отвечает принятым нормам, величина тока замыкания ограничивается значениями от единиц до десятков ампер. При этом на элементах поврежденного электрооборудования возникает напряжение, равное произведению тока замыкания на сопротивление растеканию его в земле. Уменьшая сопротивление растеканию тока путем создания хорошего контакта между металлическими элементами электрооборудования и землей, добиваются снижения напряжений на корпусах до безопасных величин. Этой цели служат заземлители — проводники, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей и используемые для соединения с землей металлических элементов электрооборудования. Электрическое соединение электрооборудования с заземлителями осуществляется заземляющими проводниками.
Рис. 3-1. Схема заземления элементов электрооборудования.
1 — заземляющие проводники; 2 — заземлители.
Под защитным заземлением принято понимать заземляющее устройство, представляющее сочетание заземлителей с заземляющими проводниками и используемое для обеспечения электробезопасности людей (рис. 3-1). Характеристиками качества защитного заземления являются два параметра: напряжение заземлителя и сопротивление. Напряжение заземлителя — это действующее значение напряжения между заземлителем и зоной земли за пределами зоны растекания электрического тока.
Сопротивление заземляющего устройства характеризуется отношением напряжения заземлителя к току, стекающему в землю. Как будет показано дальше, его величина обратно пропорциональна геометрическим размерам заземляющего устройства.
Для обеспечения условий электробезопасности необходимо стремиться к созданию заземляющих устройств с минимальным сопротивлением. Например, при токе однофазного замыкания на землю в электроустановке 5А и длительно допустимом напряжении заземлителя 20 В его сопротивление не должно превышать:
Однако длительно допустимые напряжения заземлителя необходимо выдерживать только в электроустановках до 1 000 В, в которых однофазные замыкания на корпус могут быть не обнаружены значительное время. В электроустановках же напряжением выше 1 000 В однофазные замыкания отключаются релейной защитой и их длительность измеряется долями секунды. Это позволяет повысить в таких электроустановках допустимые напряжения заземлителя.
В связи с различными условиями электробезопасности при защите заземлением принято разделять все электроустановки на четыре группы:
а) электроустановки до 1 000 В с изолированной нейтралью, в которых нейтральная точка изолирована от земли или связана с землей через большие сопротивления;
б) электроустановки выше 1 000 В с малыми токами . замыкания на землю, в которых ток однофазного замыкания на землю не превышает 500 А;
в) электроустановки выше 1 000 В с большими токами замыкания на землю — электроустановки, в которых ток однофазного замыкания на землю превышает 500 А;
г) электроустановки до 1 000 В с глухозаземленной нейтралью, в которых нейтральная точка связана с землей через небольшое активное сопротивление.
В первых трех группах электроустановок заземляющие устройства осуществляют защиту на одном и том же принципе, поэтому при дальнейшем изложении рассматриваются совместно. Устройства электробезопасности для последней группы электроустановок — напряжением до 1 000 В с глухозаземленной нейтралью — рассматриваются в гл. 4.
Для устройства заземлений используются как искусственные, так и естественные заземлители — токопроводящие элементы коммуникаций и сооружений технологического назначения, соприкасающиеся с землей. В качестве естественных заземлителей используются стальные трубопроводы (кроме трубопроводов газов и горючих жидкостей), обсадные трубы артезианских скважин, металлические оболочки кабелей, железобетонные фундаменты и т. п. В качестве примера приведем результаты измерений сопротивлений естественных заземлителей (обсадных труб и кабелей). Сопротивление обсадных труб зависит от глубины погружения в грунт:
Сопротивление металлических оболочек кабелей зависит от удельного сопротивления грунта в районе измерения. Измерения в Московской городской сети дали следующие результаты:
Приведенные данные можно использовать лишь как ориентировочные, но не для проектирования заземляющих устройств. Действительная величина сопротивлений естественных заземлителей зависит от электрических характеристик грунта и геометрических размеров заземлителей, поэтому только измерениями в каждом конкретном случае можно получить достоверные их значения.
Искусственные заземлители выполняются из горизонтальных и вертикальных проводников. Длина горизонтальных заземлителей выбирается в зависимости от размеров площадки, на которой сооружается заземляющее устройство. Вертикальные заземлители изготовля ют из стальных стержней, труб и уголков. Их длина выбирается в зависимости от глубины залегания слоев грунта с высокой проводимостью, но не менее 5 м. Заземлители между собой и с заземляющими проводниками соединяются сваркой, причем сварные швы, находящиеся в земле, покрываются битумом. Для закладки искусственных заземлителей в грунт роют специальные траншеи глубиной 0,5—0,8 м. Вертикальные электроды погружают в дно траншеи механизированным способом, оставляя над поверхностью грунта отрезки длиной 0,1— 0,2 м, к которым привариваются горизонтальные заземлители. Траншеи засыпаются землей и плотно утрамбовываются.