Защитное заземление и способы его выполнения

Многие части электроустановок, не находящиеся под напря­жением (корпуса электрических машин, кожухи трансформато­ров, осветительная арматура, приводы и кожухи электрических аппаратов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, каркасы распределительных шкафов и щитов управления, метал­лические конструкции подстанций, металлические оболочки ка­белей и кабельные муфты, стальные трубы электропроводок и т.п.) могут во время аварии оказаться под напряжением, что обуслов­ливает опасность поражения электрическим током обслужива­ющего персонала. Обеспечить безопасность прикосновения к та­ким частям позволяет защитное заземление, о чем уже упомина­лось в подразд. 11.1.

 

 

Рис. 11.7. Устройство заземления в трехфазной установке с изолирован­ной (а) и глухозаземленной (б) нейтралью

Заземление снижает до безопасного значения потенциал по отношению к земле металлических частей электроустановки, ока­завшихся под напряжением при аварии.

Защитное действие заземления состоит в уменьшении тока, протекающего в теле человека при соприкосновении с корпусом машины, оказавшимся под напряжением (рис. 11.7, а). Человек включается в электрическую цепь параллельно заземлению; чем больше сопротивление человека r _ч по сравнению с сопротивлени­ем заземления, тем меньше ток в теле человека /_ч.

Сопротивление заземляющих устройств для электроустановок при различных напряжениях должно приниматься в соответствии с нормами ПУЭ.

Способы выполнения защитного заземления зависят от систе­мы электроснабжающей сети и напряжения электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью трансформаторов (или генераторов) защитное зазем­ление выполняют присоединением заземляемых частей установки к заземленному нейтральному проводу электросети. В этом случае при повреждении изоляции и переходе напряжения на металли­ческие части установки возникает короткое замыкание одной фазы трансформатора (или генератора) через нейтраль (рис. 11.7, б). В результате поврежденная часть электроустановки немедленно ав­томатически отключается (перегорает плавкая вставка предохра­нителя или отключается автомат).

В электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью трансформаторов (или генераторов), а также во всех установках напряжением свыше 1000 В, защитное заземление вы-

 

2

/ 3

Рис. 11.8. Правильная (а) и неправиль­ная (б) схемы присоединения заземляе­мых элементов к заземляющей магист­рали:

/ — заземляемый элемент; 2 — ответвление; 3 — заземляющая магистраль

 

полняют путем сооружения местного заземляющего устройства с малым сопротивлением, к которому присоединяют заземляемые части установки (см. рис. 11.7, а). Действие такого заземления со­стоит в том, что оно снижает до безопасного значения напряже­ние относительно земли, появляющееся на металлических частях установки при повреждении изоляции.

Значения сопротивления местного заземляющего устройства нормируются ПУЭ.

Для заземляющих устройств следует по возможности исполь­зовать естественные заземлители: водопроводные и другие метал­лические трубы, проложенные в земле без изоляции (кроме тру­бопроводов с горючими веществами), металлические конструк­ции зданий и сооружений, а также имеющие соединения с зем­лей шпунты, свинцовые оболочки проложенных в земле кабелей и т.п.

Искусственные заземлители, как правило, выполняют из вер­тикально забитых в грунт стальных стержней, соединяемых между собой стальными полосами. Полосы прокладывают в земле на глу­бине не менее 0,5 м и приваривают к верхним концам стержней.

Каждый заземляемый элемент 1 установки следует присоеди­нять к заземлителю или заземляющей магистрали 3 при помощи отдельного ответвления 2 (рис. 11.8, а). Заземляемые элементы нельзя включать последовательно в заземляющую магистраль (рис. 11.8, б). Присоединение заземляющих проводников к элект­рооборудованию выполняют при помощи болтов или сварки.

Заземляющие устройства начинают действовать только при по­вреждениях изоляции электроустановок.

Передвижные механизмы, электроинструменты, понизитель­ные трансформаторы и сварочные аппараты, работающие при на­пряжении до 1000 В в сетях с глухозаземленной нейтралью, полу­чают питание от питающих пунктов (щит или силовой шкаф). За­земление корпусов указанных электроприемников осуществляют заземляющей жилой питающего шлангового кабеля, один конец которой присоединяют к заземляющему болту на корпусе устрой­ства, а другой — к корпусу питающего пункта. Корпуса питающих пунктов через заземляющий зажим соединяют с нейтральным 262

42 В

42 В

133 В

 

220 В а

 

Рис. 11.9. Схемы заземления однофазных (а) и трехфазных (б, зительных трансформаторов

пони-

проводом сети и через него — с заземленной нейтралью источни­ка питания (как правило, трансформатора). Все корпуса электро­инструментов, работающих при напряжении свыше 40 В, подле­жат заземлению (подсоединению к нейтральному проводу сети) с помощью специального проводника или заземляющей жилы шлангового провода (кабеля). Все корпуса и обмотки низшего на­пряжения понижающих трансформаторов для электроинструмен­та заземляют таким же образом (рис. 11.9).

Для выполнения повторных заземлений нейтрального провода на передвижных установках применяют переносные инвентарные заземлители, к которым присоединяют корпуса и металлические конструкции машин и механизмов.

ЗАЩИТНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ

Систему защиты, обеспечивающую автоматическое отключе­ние всех фаз или полюсов аварийного участка сети за полное вре­мя отключения не более 0,2 с, называют защитным отключением.

Независимо от состояния нейтрали питающей системы любое однофазное замыкание на корпус приводит к появлению напря­жения относительно земли на корпусах электрооборудования. Это обстоятельство используют при построении универсальной защи­ты, которая обеспечивает отключение автоматами поврежденно­го электрооборудования при появлении некоторой заданной раз­ности потенциалов между корпусом и землей. Такая система иден­тична заземлению и основана на автоматическом отключении элек­троприемника, если на его металлических частях, нормально не

 

Рис. 11.10. Принципиальная схема защитного отключения:

/ — корпус электроприемника; 2 — отключающая пружина; 3 — контакты сетевого контактора; 4 — защелка; 5 — сердечник катушки; 6 — отключающая катушка; 7,8— заземлители; 9 — кон­такт

находящихся под напряжением, последнее появляется. Защитное отключение применяют для си­стем с изолированной и глухо-заземленной нейтралью.

Рассмотрим действие защит­ного отключения при возникно­вении напряжения на корпусе одиночного электроприемника в результате повреждения его изо­ляции. Здесь возможны два слу­чая: электроприемник не зазем­лен и электроприемник имеет заземление.

Первому случаю соответству­ет разомкнутое положение кон­такта 9 (рис. 11.10). На некото­ром расстоянии от защищаемо­го электроприемника забивают в землю заземлитель 7 (в том слу­чае, если нет естественных заземлителей, которые не должны иметь электрической связи с корпусом /электроприемника). Защитный отключатель позволяет произвести разрыв цепи электроснабже­ния контактами сетевого контактора при подаче напряжения на катушку 6.

При обесточенном состоянии катушки 6 ее сердечник 5 удер­живает защелку 4, не позволяя пружине 2 разомкнуть контакты 3 (на схеме контакты показаны разомкнутыми, хотя сердечник удер­живает защелку). Один конец обмотки катушки присоединен к корпусу 1 электроприемника, второй — к выносному заземлите -лю 7. В случае повреждения изоляции между корпусом электро­приемника и выносным заземлителем 7 появится фазное напря­жение. Отключающая катушка Покажется под напряжением, и по ее обмотке потечет ток. Сердечник 5 втянется и освободит удер­живающую защелку 4. Пружина 2 разомкнет контакты 3 сетевого контактора, и цепь питания электроустановки разорвется. Напря­жение прикосновения на корпусе электроприемника исчезнет, со­прикосновение с ним станет безопасным.

Второму случаю, когда корпус электроприемника заземлен, соответствует замкнутое положение контакта 9. При возникнове­нии повреждения изоляции на корпусе электроприемника появится напряжение, значение которого будет определять падение напря­жения в заземлителе, равное току замыкания на землю, умно­женному на сопротивление заземления заземлителя. Принципиаль ной разницы в действии защиты в первом и втором случаях нет.

Основой защиты с помощью защитного отключения является быстрое отключение поврежденного электроприемника.

 

380 В

Рис. 11.11. Схема защитного отклю­чения при изолированной нейтрали

Согласно ПУЭ, защитное отключение рекомендуется при­менять в следующих установках:

электроустановки с изолиро­ванной нейтралью, к которым предъявляются повышенные требования в отношении безо­пасности (в дополнение к уст­ройству заземлений). Схема та­кого защитного отключения по­казана на рис. 11.11. При появ­лении в катушке реле КА тока замыкания на землю его размы­кающий контакт в цепи катуш­ки контактора КМ размыкается и контактор своими главными контактами отключает электро­двигатель М от сети;

электроустановки с глухоза-земленной нейтралью напряже­нием до 1000 В, корпуса которых не имеют присоединения к за­земленному нейтральному проводу, поскольку выполнение тако­го присоединения затруднено;

передвижные установки, если заземление их не может быть выполнено в соответствии с требованиями ПУЭ.

Защитное отключение отличается универсальностью и быст­родействием, поэтому его использование в сетях как с глухоза-земленной, так и с изолированной нейтралью весьма перспек­тивно. Особенно целесообразно использовать его в сетях напряже­нием 380/220 В.

Недостатком защитного отключения является возможность от­каза отключения в случае пригорания контактов коммутационно­го устройства или обрыва проводов.