Тема. Вибір і розрахунок штучного заземлення

Згідно з чинними нормативно-правовими актами [1–3] електробезпека є системою організаційних та технічних заходів і засобів, що спрямовані на захист людей від шкідливої та небезпечної дії електричного струму, електричної дуги, електричного поля та статичної електрики.

Травми, спричинені дією на організм людини електричного струму і (або) електричної дуги, називають електротравмами. Електротравми можуть виникати як при проходженні, так і без проходження струму через тіло людини, наприклад, унаслідок опіків або засліплення електричною дугою. Явище, що характеризується сукупністю електротравм, називають електротравматизмом.

Правильно спроектоване і раціонально виконане захисне заземлення електроустаткування сприяє підвищенню безпеки праці і знижує електротравматизм.

Захисне заземлення – це навмисне електричне з’єднання металевих неструмоведучих елементів устаткування, які в аварійному режимі можуть опинитися під напругою, із заземлювальним пристроєм [4–12].

Принцип дії захисного заземлення полягає в тому, що коли людина торкається корпусу обладнання, що знаходиться під напругою за рахунок короткого замикання фази L₂ на корпус, виявляється включеним паралельно до заземлювача з опором захисного заземлення R_з, має значно менший опір, ніж тіло людини R_ч. У результаті більша частина струму замикання на землю піде через заземлювач (рис. 1.1, а).

За відсутності заземлення весь струм I_кз піде через тіло людини, що може призвести до його пошкодження (рис. 1.1, б). Для зменшення напруги на заземлювачі опір захисного заземлення R_з нормується. В електроустановках з напругою до 1000 В він повинен бути не більше 4 Ом. Значення R_з залежить також від потужності джерела живлення, питомого опору ґрунту і експлуатованого устаткування. Для заземлення використовують штучні і природні заземлювачі.

Рисунок 1.1 – Принцип дії захисного заземлення

Заземлювальний пристрій – це сукупність заземлювальних провідників та заземлювача.

Заземлювальний провідник – це провідник, котрий з’єднує заземлювальні об'єкти із заземлювачем. Якщо заземлювальний провідник має два або більше відгалужень, то він називається магістраллю заземлення.

Заземлювач – це сукупність з’єднаних провідників, котрі перебувають у контакті із землею або з її еквівалентом. Розрізняють заземлювачі штучні, призначені виключно для заземлення, і природні — металеві предмети, котрі знаходяться в землі.

Для штучних заземлювачів застосовують вертикальні та горизонтальні електроди. Як вертикальні електроди використовують сталеві труби діаметром 3–5 см та сталеві кутки розміром від 40х40 до 60х60 мм довжиною 2,5–3 м. Можна також використовувати сталеві прути діаметром 10–12 мм. Для зв’язування вертикальних електродів використовують стрічкову сталь перетином не менше 4х12 мм і сталь круглого перетину діаметром не менше 6 мм. Для встановлення вертикальних заземлювачів попередньо риють траншею глибиною 0,7–0,8 м, потім за допомогою механізмів забивають труби або кутки.

Природні заземлювачі можна використовувати так:

– прокладені в землі водогінні та інші металеві трубопроводи, за винятком трубопроводів спалимих рідин, спалимих або вибухонебезпечних газів, а також трубопроводів, укритих ізоляцією для захисту від корозії;

– обсадні труби артезіанських колодязів, свердловин, шурфів;

– металеві конструкції та арматуру залізобетонних елементів будівель і споруд, які з’єднані із землею;

– свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі.

Природні заземлювачі мають переважно малий опір розтіканню струму, тому використання їх як заземлювачів дозволяє заощадити значні кошти. Недоліком природних заземлювачів є доступність їх неелектротехнічному персоналу та можливість порушення неперервності з’єднання протяжних заземлювачів. Як заземлювальні провідники, призначені для з’єднання заземлювальних частин із заземлювачами, застосовують стрічкову та круглу сталь. Заземлювальні провідники прокладають відкрито по конструкціях будівлі, в тому числі по стінах на спеціальних опорах. Заземлене обладнання приєднують до магістралі заземлення за допомогою окремих провідників. При цьому послідовне включення заземлюючого обладнання не допускається.

Типи заземлювальних пристроїв. Захисне заземлення щодо об’єкта, що заземлюється, буває виносне і контурне.

Виносне – заземлювачі розташовуються на деякій відстані від устаткування, що заземлюється. Заземлення корпусу знаходиться поза полями розтікання заземлювачів, і людина, торкнувшись до корпусу, потрапляє під напругу щодо землі.

Виносне заземлення захищає тільки за рахунок малого опору заземлення.

Контурне – заземлювачі розташовуються по контуру навколо об’єктів, що заземлюються, на невеликій відстані один від одного (кілька метрів). Поля розтікання заземлювачів накладаються і точки ґрунту усередині контуру мають значний потенціал. Коефіцієнт напруги дотику a₁ значно менший за одиницю усередині контуру. Коефіцієнт напруги кроку b також значно менший за максимально можливу величину. Струм через людину буде менший ніж при виносному. Іноді усередині контуру прокладають горизонтальні смуги, що додатково вирівнюють потенціали усередині контуру. Для зменшення крокової напруги за межами контуру уздовж проводів і проїздів у ґрунт закладають спеціальні шини. Як штучні заземлювачі застосовують сталеві стрижні – сталь з вуглецем 60х60 мм, а також сталеві труби діаметром 35–50 мм і сталеві шини перетином не менше 100 мм². Стрижні довжиною 2,5–3 м занурюють у ґрунт вертикально в спеціально підготовлені траншеї. Вертикальні заземлювачі з’єднуються зварюванням, сталевою шиною.

Область застосування захисного заземлення – мережі напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю і мережі вище 1000 В з ізольованою та ефективно заземленою нейтраллю.

Захисному заземленню підлягають металеві неструмоведучі частини обладнання, котрі через несправність ізоляції можуть опинитись під напругою і до котрих можливий дотик людей або тварин. При цьому в приміщеннях з підвищеною небезпекою та в особливо небезпечних за умовами ураження струмом, а також в зовнішніх установках заземлення обов’язкове при номінальній напрузі електроустановки понад 42 В змінного і понад 110 В постійного струму, а в приміщеннях без підвищеної небезпеки – при напрузі 380 В і вище змінного струму; 440 В і вище - постійного струму. Лише у вибухонебезпечних приміщеннях заземлення виконується незалежно від значення напруги установки.

Опір заземлювального пристрою перевіряється при вводі в експлуатацію, переміщенні устаткування, ремонті заземлювального пристрою та періодично. Обсяг і періодичність перевірки заземлювального пристрою зображено на рисунку [1]. Так на підстанціях напругою до 35 кВ заземлювальні пристрої, що використовуються для заземлення електроустановок напругою тільки вище 1 кВ, перевіряють не рідше одного разу на шість років, а для підстанцій напругою до 10 кВ – не рідше 1 разу на три роки. На підземних роботах огляд заземлювального пристрою та вимірювання його опору виконується не рідше 1 разу на місяць.

При невідповідності вимогам [1–3] необхідно вжити заходів щодо доведення електричних характеристик заземлення до відповідних значень, для чого потрібно збільшити довжину заземлювальних електродів або їх кількість.