Лекція №4. ЗАХОДИ ЗАХИСТУ ВІД ПРЯМОГО ТА НЕПРЯМОГО ДОТИКУ ЛЮДИНИ ДО ЧАСТИН ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ

Призначення захисного заземлення полягає в тому, щоб у випадку появи напруги на металевих частинах електроустаткування (наприклад, внаслідок замикання на корпус при пошкодженні ізоляції) забезпечити захист людини від ураження електричним струмом при її доторканні до цих частин. Захист від ураження струмом забезпечується шляхом приєднання корпуса до заземлювача, який має малий опір заземлення та малий коефіцієнт напруги доторкання. 

Принцип дії захисного заземлення полягає в перетворені замикання фази на корпус в однофазне коротке замикання, тобто замикання між фазним і нульовим провідниками, з метою одержання великого струму, здатного забезпечити спрацьовування максимального струмового захисту. Внаслідок цього електроустановка автоматично вимикається апаратом захисту від струмів короткого замикання. Сила цього струму обумовлюється фазною напругою та повним опором кола короткого замикання (петля фаза – нуль) і визначається за формулою:

Для зменшення небезпеки ураження струмом, яка виникає внаслідок обриву нульового провідника, влаштовують (багатократно) додаткове заземлення нульового провідника R_д (рис. 1).

схемі без повторного заземлення нульового провідника потенціал відносно землі корпуса пошкодженого обладнання, якщо зневажати опором трансформатора та індуктивним опором петлі фаза – нуль, при замиканні фази на корпус визначається залежністю:

а при наявності повторного заземлення нульового провідника залежність буде мати наступний вигляд

У випадку, якщо корпус устаткування є незаземленим і відбулося замикання нього однієї із фаз, то доторкання до такого корпуса рівнозначно доторканню до фази. Якщо ж корпус електричноз’єднаний із землею, то він опиниться під напругою замикання Uз  IзRз , а людина, яка доторкається до такого корпуса, згідно з формулою потрапляє під напругу доторкання Uдот Uз . Струм, який пройде через людину, в такому випадку визначається із рівняння, 

звідки видно, що чим меншими є значення R_з та α, тим менший струм пройде через тіло людини, яка стоїть на землі і доторкається до корпуса устаткування.

 Основним елементом заземлення є заземлюваний пристрій.

Заземлювальний пристрій, як правило, складається із сукупності заземлювачів (провідників, електродів), які з’єднані між собою і перебувають у безпосередньому контакті із землею або її еквівалентом, та заземлювальних провідників, котрі з'єднують заземлювані частини електроустановки із цими заземлювачами. 

Заземлювачі використовуються як природні так і штучні. В якості природних заземлювачів можуть використовуватися:

1. металеві та залізобетонні конструкції будівель, які знаходяться в контакті із землею, у тому числі їх залізобетонні фундаменти, які мають захисні гідроізоляційні покриття в неагресивних, малоагресивних і середньоагресивних середовищах;
2. металеві труби водопроводу, прокладені в землі та інші металеві конструкції, які знаходяться в землі;
3. металеві оболонки броньованих кабелів, прокладених у землі.

Не допускається використовувати в якості природних заземлювачів трубопроводи горючих рідин, горючих або вибухонебезпечнх газів і сумішей, а також трубопроводів каналізації та центрального опалення. Однак ці обмеження не виключають необхідність приєднання таких трубопроводів до заземлюючого пристрою з метою вирівнювання потенціалів.

Можливість використання природних заземлювачів за умовою густини протікаючих по них струмів, а також можливість використання фундаментів у сильноагресивних середовищах повинна бути доведена розрахунковим шляхом.

Штучні заземлювачі повинні виготовлятися із чорної або оцинкованої сталі чи міді. Фарбувати їх забороняється.

Уникнення небезпечних наслідків корозії заземлюючих пристроїв забезпечується:

• збільшенням розмірів поперечних перерізів заземлювачів і заземлюючих провідників із врахуванням розрахункового терміну їх служби;
• застосовуванням заземлювачів і заземлюючих провідників із гальванічним покриттям чи мідних.

При цьому потрібно враховувати можливе збільшення опору заземлюючих пристроїв, обумовлене корозією.

Траншеї для горизонтальних заземлювачів повинні заповнюватися однорідним ґрунтом, який не містить щебеню та будівельного сміття.

Не можна розміщувати заземлювачі у місцях, де земля підсушується під дією тепла від трубопроводів та інших джерел.

Провідник, який сполучає заземлювач із головною заземлюючою шиною (шина, яка є частиною заземлюючого пристрою електроустановки напругою до 1 кВ і призначена для приєднання певної кількості провідників із метою заземлення і вирівнювання потенціалів) в електроустановках напругою до 1 кВ, повинен мати наступні розміри поперечного перерізу:   

• мідний – не менше 10 мм²;     
• алюмінієвий – не менше 16 мм²;       
• сталевий – не менше 50 мм².

У місцях введення заземлюючих провідників у приміщення повинен бути передбачений пізнавальний знак  .

В якості штучних заземлювачів використовують сталеві труби діаметром 35 – 50 мм з товщиною стінок не менше 3,5 мм і кутники розмірами 40x40 мм та 60x60 мм довжиною 2,5 – 3,0 м, а також сталеві прути діаметром не менше ніж 10 мм та довжиною до 10 м. У більшості випадків штучні вертикальні заземлювачі знаходяться у землі на глибині 0,5 – 0,8 м. Вертикальні заземлювачі з’єднують між собою сталевою стрічкою з поперечним перерізом не менше ніж 4x12 мм або прутком з діаметром не менше 6 мм за допомогою зварювання (рис. 2)..

 Переріз головної заземлюючої шини (як правило мідної) повинен бути не меншим за переріз провідника лінії живлення. У місцях, доступних тільки для кваліфікованого персоналу, шина встановлюється відкрито, а у місцях, доступних для сторонніх осіб (наприклад, під’їздах та підвалах будинків), вона повинна мати захисну оболонку – шафу або ящик із закритими на ключ дверцятами, на яких повинен бути нанесений знак . Якщо приміщення має декілька окремих вводів, то головні заземлюючі шини повинні виготовлятися для кожного ввідного пристрою і бути з’єднані між собою.

Залежно від місця розташування заземлювачів відносно заземлюваного устаткування використовується виносне (зосереджене) та контурне (розподілене) заземлення.

Перевага виносного заземлення полягає в тому, що можна вибрати місце розташування заземлювачів із найменшим опором ґрунту.

Недолік – віддаленість від захищуваного обладнання, внаслідок чого коефіцієнт доторкання рівний одиниці. Тобто виносне заземлення захищає тільки за рахунок малого опору заземлення. Тому даний тип заземлювального пристрою використовують лише при малих значеннях струму замикання на землю.           

У контурного заземлювального пристрою заземлювачі розміщуються по контуру (периметру) площадки, на якій знаходиться заземлюване обладнання, або розподілені, по можливості, рівномірно по всій площадці. Різниця потенціалів між точками, що знаходяться всередині контуру, невелика, через що коефіцієнт доторкання значно менший за одиницю. Тому струм, що проходить через тіло працівника, який доторкається до “пробитого” корпуса, набагато менший, ніж при виносному заземленні (рис. 3).      

У процесі експлуатації електроустановок можливе порушення цілісності заземлювальних провідників та підвищення опору заземлення вище норми. Тому Правилами улаштування електроустановок (ПУЕ) передбачено проведення візуального контролю цілісності заземлювальних провідників та вимірювання опору заземлення. Такі вимірювання проводяться при найменшій провідності ґрунту: влітку – при найбільшому висиханні та зимою – при найбільшому промерзанні ґрунту. Вимірювання опору заземлення належить проводити також після монтажу електроустановки, її ремонту чи реконструкції, але не рідше одного разу на рік.

 Відповідно до ПУЕ захисне заземлення належить виконувати:

• при напрузі змінного струму 380 В і вище та 440 В і вище для постійного струму – у всіх електроустановках;
• при номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110 В – лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках;
• при будь-якій напрузі змінного та постійного струму – у вибухонебезпечних установках.

В процесі експлуатації електроустановок можливе порушення цілісності заземлювальних провідників та підвищення опору заземлення вище норми. Тому ПУЕ передбачено проведення візуального контролю (огляду) цілісності заземлювальних провідників та вимірювання опору заземлення. Такі вимірювання проводять, як правило, при найменшій провідності ґрунту: літом – при найбільшому висиханні чи зимою – при найбільшому промерзанні ґрунту. Вимірювання опору заземлення належить проводити після монтажу електроустановки, після її ремонту чи реконструкції, а також не рідше одного разу на рік.