Глава 13
Защитные зануление и заземление. Молниезащита. Защита от статического электричества
Защитные зануление и заземление
Электрические сети напряжением до 1000 В могут быть как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью.
Рис. 93. Схема защитного зануления (а) и заземления (б):
1 — нейтраль обмотки трансформатора; 2 — заземлитель; 3 — зануляющий проводник; 4,5 — заземляющий болт; 6 —пробивной предохранитель; 7 —заземляющий проводник
В системе с глухозаземленной нейтралью нулевая точка (нейтраль) обмотки трансформатора, соединенной в звезду, наглухо соединена с землей через металлический заземлитель (рис. 93,а). В системе с изолированной нейтралью нейтраль обмотки трансформатора и соединенной в звезду изолирована от земли или соединена с землей через пробивной предохранитель 6, установленный в нейтрали или в одной из фаз трансформатора (рис. 93,б).
Как в системе с глухозаземленной нейтралью, так и в системе с изолированной нейтралью при случайном замыкании одной из фаз сети на корпус электрооборудования или другие конструктивные нетоковедущие части электроустановок последние могут оказаться под полным или частичным напряжением, и прикосновение к ним вызывает поражение электрическим током. Для предохранения обслуживающего персонала от поражения электрическим током при прикосновении к частям электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции токоведущих проводников или по другим причинам, в сетях с глухозаземленной нейтралью применяют защитное зануление, а в сетях с изолированной нейтралью — защитное заземление.
Защитным занулением называется преднамеренное соединение с нейтралью трансформатора в сетях с глухозаземленной нейтралью всех металлических частей электроустановок, которые по тем или иным причинам могут случайно оказаться под напряжением. Соединение это выполняют проводником, который называется зануляющим или нулевым защитным проводником (в отличие от нулевого рабочего проводника, по которому проходит рабочий ток при неравномерной нагрузке в четырехпроводной силовой сети или двухпроводной осветительной сети). При замыкании одной из фаз сети на корпус электрооборудования, имеющего соединение нулевым защитным (зануляющим) проводником с глухозаземленной нейтралью трансформатора, возникает однофазное короткое замыкание, которое вызывает срабатывание соответствующего защитного аппарата (предохранителя, автомата, реле), автоматически отключающего поврежденный участок.
Защитное зануление служит для автоматического отключения поврежденного участка сети в минимально возможное короткое время, т. е. для того, чтобы значительно уменьшить время прикосновения к поврежденному оборудованию и уменьшить опасность поражения электрическим током.
Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей в сетях с изолированной нейтралью всех металлических частей электроустановок, которые могут случайно оказаться под напряжением по тем или иным причинам. Соединение это выполняется проводником, который называется заземляющим, и металлическим заземлителем, имеющим непосредственное соединение с землей. При случайном замыкании фазы сети на корпус электрооборудования большая часть тока замыкания пойдет через заземляющий проводник в землю, а меньшая часть — через тело человека, прикоснувшегося к электрооборудованию, так как сопротивление металлического заземляющего проводника во много раа меньше, чем сопротивление тела человека.
Защитное заземление служит для уменьшения проходящего через тело человека тока замыкания на землю до безопасного для человека значения.
Поскольку сети с изолированной нейтралью не отключаются при замыкании на землю, в них необходим тщательный контроль за состоянием изоляции и своевременным устранением возникших повреждений.
Во взрывоопасных зонах в результате появления разности потенциалов между частями электрооборудования, случайно оказавшимися под напряжением, и землей возникает искра, которая может послужить причиной взрыва. Таким образом, во взрывоопасных зонах зануление и заземление служат не только для защиты людей от поражения электрическим током, но и для предотвращения возникновения взрывов.
Занулению и заземлению подлежат все металлические части электроустановок, которые могут случайно сказаться под напряжением. К таким частям относятся корпусы электрических машин, пусковых аппаратов, светильников и трансформаторов, а также каркасы щитов и камер распределительных устройств, шкафы силовых пунктов, металлические муфты и оболочки кабелей, трубы электропроводки и т. п. Для присоединения зануляющего (заземляющего) проводника на корпусе электрооборудования и на каркасе электроконструкций предусматривается заземляющий болт или винт, снабженный знаком «земля».
Устройство, состоящее из заземлителей (металлических электродов, закладываемых в землю) и соединенных с ним зануляющих (заземляющих) проводников, называется заземляющим устройством.
Зануляющим (заземляющим) проводником обычно служит полосовая сталь толщиной 3—4 мм и шириной 25—40 мм или круглая сталь диаметром 8—12 мм. Допускается использовать в качестве зануляющих и заземляющих проводников стальные трубы электропроводки, алюминиевую оболочку кабеля, а также различные металлические конструкции, связанные с землей и составляющие непрерывную электрическую цепь. Исключение составляют взрывоопасные зоны, в которых для зануления (заземления) необходимо прокладывать специальный проводник — стальную полосу, четвертый провод при электропроводках в стальных трубах или использовать четвертую жилу кабеля при кабельных проводках.
Зануляющие (заземляющие) проводники внутри помещений прокладывают таким образом, чтобы они были видны и доступны для контроля их целостности.
Рис. 94. Заземлитель из угловой стали
Во взрывоопасных помещениях зануляющие (заземляющие) проводники прокладывают в виде контура (внутри помещения или снаружи) и присоединяют их к заземлителям по меньшей мере в двух разных местах, по возможности с противоположных сторон помещения. Зануление (заземление) электрооборудования осуществляют присоединением к ответвлению от этого контура. Снаружи помещений зануляющие и заземляющие проводники прокладывают в земле (в траншеях) на глубине 0,5—0,7 м.
В сетях с глухозаземленной нейтралью проводимость зануляющих проводников должна быть не менее 50% проводимости фазных проводников. При одинаковом материале требование выполняется, если сечение зануляющего проводника будет не меньше половины сечения фазного проводника. В сетях с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна быть не меньше 1/3 проводимости фазных проводников. Сечение заземляющих медных проводников должно быть не более 25 мм2, алюминиевых не более 35 мм2 и стальных не более 120 мм2.
Заземлители (рис. 94), к которым присоединяют зануляющие (заземляющие) проводники, представляют собой вертикальные металлические стержни длиной до 5 м из круглой стали диаметром 12—16 мм или из угловой стали длиной 2,5—5 м с толщиной стенки не менее 4 мм. Допускается использовать в качестве заземлителей некондиционные или отбракованные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм. Заземлитель закладывают в землю в вертикальном положении с таким расчетом, чтобы его верхний конец находился на глубине 0,5—0,7 м от уровня земли. Число заземлителей определяется проектом. Соединение зануляющих (заземляющих) проводников с заземлителем выполняется сваркой. Заземлители обычно располагают вблизи от трансформаторов. Однако, если в этом месте грунт оказался плохо проводящим, засоренным строительным мусором или залитым нефтепродуктами, для закладки заземлителей выбирают другое место (можно за пределами подстанции).
Рис. 95. Зануление (заземление) электрооборудования: электродвигателя (а) и пускового аппарата (б)
Рис. 96. Зануление (заземление) светильников
Общее сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. Значение сопротивления контролируют испытателем заземления МС-07 или МС-08, который состоит из встроенного в корпус генератора постоянного тока с рукояткой для вращения генератора и измерительного прибора со шкалой и стрелкой, показывающей значение сопротивления.
На рис. 95,а показан пример выполнения зануления (заземления) электродвигателя, питание которого осуществляется проводами, проложенными в стальной трубе. Труба присоединяется к заземляющим болту 1 и к стальной полосе 3 перемычкой 2. У взрывозащищенных электродвигателей, кроме болта на корпусе, имеется еще один болт внутри вводной коробки для присоединения четвертого провода или четвертой жилы кабеля.
На рис. 95,б показан пример зануления (заземления) пускового аппарата, подвод к которому выполнен бронированным кабелем. Броня кабеля и кабельные муфты присоединены к болту заземления 1 перемычкой 2. Корпусы электрических машин и аппаратов, а также конструкций, на которых они установлены, присоединяют к общей системе зануления (заземления) стальной полосой 3.
Светильники с металлическим корпусом при электропроводках в стальных трубах в сетях с изолированной нейтралью заземляют с помощью перемычки 3 (рис. 96,а), проложенной между заземляющим винтом 4 на корпусе светильника и флажком 2 на трубе 1. В сетях с глухозаземленной нейтралью (рис. 96,б) перемычку 3 устанавливают между зануляющим винтом 4 и нулевым рабочим проводом 5. Если же трубу 1 вводят в горловину светильника, то зануление осуществляется соединением на резьбе металлического корпуса светильника с зануленными трубами электропроводки. Взрывозащищенные светильники (рис. 96,в) во взрывоопасных зонах всех классов, кроме класса В-I, зануляют присоединением нулевого рабочего провода 5 к зануляющему винту 4 внутри светильника, а в установках класса В-1 — присоединением к винту 4 отдельного (третьего) зануляющего провода.
