Расчет защитного заземления и зануления

Электроустановки различного класса напряжения потенциально являются источниками опасности для людей в целом и для обслуживающего их персонала в частности. Травматизм и смертность при их эксплуатации довольно велики. Однако в силу объективных причин их применение является неотъемлемой частью нашей жизни. С целью сокращения несчастных случаев разработана система правил эксплуатации электроустановок – ПУЭ. В этом документе нашли своё отражение, как общие требования, так и специальные. Среди всех их внимание уделено и использованию защитных заземлений и занулений.

1. Необходимость проведения защитного заземления и зануления

Согласно ПУЭ (4, глава 1.7) для защиты людей от поражения электрическим током должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов

Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение данной точки системы или установки, или оборудования с локальной землей посредством заземляющего устройства.

Занулениемназывается преднамеренное электрическое соединение нейтральной проводящей части (нейтрального проводника) в электроустановке до 1 кВ с заземленной нейтралью трансформатора на подстанции.

Нейтральный проводник – часть электроустановки, способная проводить электрический ток, потенциал которой в нормальном эксплуатационном режиме равен или близок к нулю.

Зачастую при эксплуатации электроустановок нетоковедущие части их оказываются под напряжением. Величина его может быть различна в зависимости от причины.

Наиболее частая причина – наведение напряжения от близко расположенных токоведущих частей. В частности, например на корпус трансформатора наводится потенциал от проходящих сквозь него магнитных потоков. Таким образом, не будучи запитанным корпус становится опасным для прикосновения. К таким же объектам можно отнести ещё и сетчатые ограждения на РУ, корпуса двигателей и генераторов, ячеек КРУ и шкафов КСО и другое оборудование.

Второй причиной может стать замыкание на корпус одной или нескольких фаз. При этом корпус оказывается под напряжением.

Таким образом, нетоковедущие части электроустановок или элементы РУ оказываются под напряжением, те имеют потенциал относительно земли не равный нулю. Понятно, что при соприкосновении с ним произойдёт поражение человека электрическим током, что проявляется в электрическом ударе и ожоге наружных и внутренних органов. Следствием электрического удара могут быть судороги мышц грудной клетки, прекращение деятельности органов дыхания, потеря сознания и расстройство сердечной деятельности со смертельным исходом.

Степень поражения определяется величиной тока, путем и длительностью прохождения через тело человека. Величина тока зависит от напряжения прикосновения и сопротивления всей электрической цепи в которую последовательно «включается» человек.

Напряжение прикосновения Uприк определяется разностью потенциалов в двух точках прикосновения тела человека в цепи замыкания. Электрическое сопротивление тела человека Rч зависит от площади соприкосновения, состояния кожи, длительностью действия тока и рядом других факторов.

Таким образом ток проходящий по телу человека определяется как Iч = Uприк \ Rч

При наличии заземлителя эта зависимость может быть выражена следующей формулой

Iч = Iз * Rз \ Rч

где Rз – сопротивление растеканию тока заземлителя, определяемое сопротивлением почвы между заземлителем и землёй.

Рис. 1 Распределение потенциала и растекание тока в земле от одиночного заземлителя

заземление зануление двигатель защитный

Следовательно, чем меньше сопротивление заземления, тем меньший ток пройдёт через тело человека.

2. Перечень электроустановок подлежащих защитному заземлению или занулению

Необходимость проведения защитных мероприятий, а также устройство заземлителей или занулителей любых электроустановок зависит от ряда факторов.

К ним в первую очередь относится:

– рабочее напряжение электроустановки

– режим работы нейтрали электроустановки

Заземление или зануление электроустановок следует выполнять:

1) при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках.

2) при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

К помещениям с повышенной опасностью необходимо отнести те помещения, где есть

– токопроводящая пыль

– токопроводящие полы

– высокая температура более 35⁰

– относительная влажность более 75%

3) во взрывоопасных помещениях при всех напряжениях.

К последним можно отнести аккумуляторные на подстанциях, в кислородных, водородных и других цехах различных предприятий.

Cогласно ПУЭ (4, глава 1.7) к частям, подлежащим занулению или заземлению относятся:

1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.

2) приводы электрических аппаратов;

3) вторичные обмотки измерительных трансформаторов

4) каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов, а также съемные или открывающиеся части, если на последних установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного тока или более 110 В постоянного тока;

5) металлические конструкции распределительных устройств, металлические кабельные конструкции, металлические кабельные соединительные муфты, металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей, металлические оболочки проводов, металлические рукава и трубы электропроводки, кожухи и опорные конструкции шинопроводов, лотки, короба, струны, тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме струн, тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленной или зануленной металлической оболочкой или броней), а также другие металлические конструкции, на которых устанавливается электрооборудование;

6) металлические оболочки и броня контрольных и силовых кабелей и проводов напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока, проложенных на общих металлических конструкциях, в том числе в общих трубах, коробах, лотках и т.п. Вместе с кабелями и проводами, металлические оболочки и броня которых подлежат заземлению или занулению;

7) металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников;

8) электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков, машин и механизмов.

Ряд требований отражает условия безопасной работы электроустановки для обслуживающего персонала, однако существуют требования, которые напрямую зависят от условий работы электроустановки. Так например, несоблюдение требования по заземлению вторичной обмотки трансформатора тока приведет в лучшем случае изменению класса точности (5, глава 4), что отрицательно скажется на показаниях приборов или работы релейной защиты включенных в цепь трансформатора тока. В худшем случае это приведет к неисправности аппарата.

Не требуется преднамеренно заземлять или занулять:

1) корпуса электрооборудования, аппаратов и электромонтажных конструкций, установленных на заземленных (зануленных) металлических конструкциях, распределительных устройствах, на щитах, шкафах, щитках, станинах станков, машин и механизмов, при условии обеспечения надежного электрического контакта с заземленными или зануленными основаниями

2) конструкции, при условии надежного электрического контакта между этими конструкциями и установленными на них заземленным или зануленным электрооборудованием. При этом указанные конструкции не могут быть использованы для заземления или зануления установленного на них другого электрооборудования;

3) арматуру изоляторов всех типов, оттяжек, кронштейнов и осветительной арматуры при установке их на деревянных опорах ВЛ или на деревянных конструкциях открытых подстанций, если это не требуется по условиям защиты от атмосферных перенапряжений.

При прокладке кабеля с металлической заземленной оболочкой или неизолированного заземляющего проводника на деревянной опоре перечисленные части, расположенные на этой опоре, должны быть заземлены или занулены;

4) съемные или открывающиеся части металлических каркасов камер распределительных устройств, шкафов, ограждений и т.п., если на съемных (открывающихся) частях не установлено электрооборудование или если напряжение установленного электрооборудования не превышает 42 В переменного тока или 110 В постоянного тока

5) корпуса электроприемников с двойной изоляцией;

6) металлические скобы, закрепы, отрезки труб механической защиты кабелей в местах их прохода через стены и перекрытия и другие подобные детали, в том числе протяжные и ответвительные коробки размером до 100 см, электропроводок, выполняемых кабелями или изолированными проводами, прокладываемыми по стенам, перекрытиям и другим элементам строений.

В зависимости от режима работы нейтрали предъявляются свои требования к способу и устройству защитных мероприятий.

В электроустановках выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью сечения заземляющих проводников должны быть выбраны такими, чтобы при протекании по ним наибольшего тока однофазного КЗ температура заземляющих проводников не превысила 400 °С (кратковременный нагрев, соответствующий времени действия основной защиты и полного времени отключения выключателя).

В электроустановках до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна составлять не менее 1/3 проводимости фазных проводников, а сечение – не менее приведенных в табл. 1.

Не требуется применения медных проводников сечением более 25 мм, алюминиевых – 35 мм, стальных – 120 мм. В производственных помещениях с такими электрическими магистралями заземления из стальной полосы должны иметь сечение не менее 100 мм. Допускается применение круглой стали того же сечения.

Таблица 1. Наименьшие сечения заземляющих и нулевых защитных проводников