Для обеспечения безопасности обслуживания электроустановок их заземляют. По своему назначению различают следующие виды заземле­ний:

• рабочее заземление какой-либо находящейся под напряжением точки электроустановки для обеспечения надлежащей работы установки в рабочих и аварийных условиях;

• защитное заземление металлических корпусов и других метал­лических частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, необходимое для защиты людей при случай­ном попадании этих частей под напряжение вследствие повреж­дения изоляции и замыкания на корпус;

•       молниезащитное заземление молниеотводов и разрядников.

Примером рабочего заземления может служить заземление вто­ричных обмоток измерительных трансформаторов и вольтметров, при­меняемых для контроля состояния изоляции в сети с изолированной нейтралью; глухое заземление нейтрали и др. Благодаря таким заземле­ниям н системах электроснабжения создается определенный режим ра­боты (например, обеспечение действия релейной защиты при глухом за­землении нейтрали в случае однофазного замыкания на землю).

Основной защитной мерой является устройство защитных зазем­лений. Защитным заземлением электроустановки называют преднаме­ренное соединение ее с заземляющим устройством, представляющим собой совокупность заземлителей (металлического проводника или группы проводников, находящихся в непосредственном соединении с землей) и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземлители бывают искусственные и естественные. В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально забитые в землю отрезки угловой стали длиной 2,5 - 3 м и горизонтально проложенные стальные полосы, круглые и прямоугольные, которые служат для связи вертикальных заземлителей. Могут применяться также углубленные прутковые заземлители из круглой стали диаметром 12 - 14 мм и дли­ной до 5м, ввертываемые в грунт посредством электрифицированного ручного заглубителя. Благодаря проникновению электрода в глубокие слои грунта с повышенной влажностью снижается его удельное сопротивление. Использование углубленных прутковых заземлителей уменьшает расход металла и затраты труда на работы по устройству заземления.

В качестве естественных заземлителей используют проложенные в земле: стальные водопроводные трубы, стальную броню силовых кабе­лей (при их числе не менее двух), свинцовые оболочки кабелей, а также металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей и др.

Для снижения расходов на заземляющие устройства в первую оче­редь применяют естественные заземлители.

Назначение защитного заземления заключается в том, чтобы соз­дать между корпусом защищаемого устройства (например, электродви­гателя) и землей электрическое соединение достаточно малого (по сравнению с телом человека) сопротивления, чтобы ток через параллельно присоединенное тело человека снизился до безопасного для человека значения.

В установках напряжением до 1кВ с заземленной нейтралью трансформаторов или генераторов применяется система, при которой металлические корпуса электроприемников с помощью защитных про­водников достаточно малого сопротивления соединены с заземленной нейтралью (рис.7.1). Наличие такого соединения превращает замыка­ние токоведущих частей на корпуса электроприемников в КЗ, которое должно отключаться автоматическим воздушным выключателем или предохранителем. Эту систему называют занулением.

Рис. 7.1. Зануление электрооборудова­ния в сети с глухо заземленной нейтралью

Основное назначение зануления заключается в том, чтобы обеспе­чить автоматическое отключение участка системы электроснабжения, на котором произошло замыкание находящихся под напряжением про­водников на металлические корпуса электрооборудовании. Таким обра­зом, защитные заземления или зануления должны обеспечивать сле­дующее:

• в установках с изолированной нейтралью - безопасное значение гака, проходящего через тело человека при замыканиях фазы се­ти на заземленные части;

• в установках с глухозаземленной нейтралью - автоматическое отключение поврежденных участков сети.

Следует иметь в виду, что в сетях с глухим заземлением нейтрали применяют зануление (рис. 7.2), а в сетях с изолированной нейтралью - заземление.

Рис.7.2. Схема зануления элементов электроустановки напряжением до 1кВ

при глухозалемленной нейтрали; 1 — заземляющий винт или болт; 2— осветительная арматура; 3 — выключа­тель в металлическом корпусе; 4 — электродвигатель; 5 — пускатель;

6 — нулевой провод

Отключение электроустановок при однофазных замыканиях на землю может осуществляться также с помощью защитного отключения, которое применяют в дополнение или взамен заземления или зануления. Защитное отключение обеспечивает быстродействующее отключение установки или ее части с временем 0,05 - 0,2 с при однофазных замыка­ниях на землю или корпуса оборудования, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.

Основная доля поражений человека приходится на электроуста­новки напряжением ниже 1кВ. Опасность поражения имеет место в следующих основных случаях:

•       при случайных прикосновениях человека к токоведущим час­тям;

•       при снижении сопротивления изоляции;

•       при неисправности заземления.

На рис.7.3 приведена схема устройства защитного отключения, реагирующего на напряжение корпуса относительно земли.

Рис.7.3. Схема устройства защитного отключения, реагирующего на напряже­ние корпуса относительно земли: KV - реле максимального напряжения, KQ — отключающая катушка автоматического выключателя; QF — автоматический выключатель; М

-двигатель

На рис.7.4 приведена схема устройства защитного отключения, реагирующего на ток замыкания на землю.

Рис.7.4. Схема устройства защитного отключения, реагирующего на ток за­мыкании на землю:

КА — реле тока с малым сопротивлени­ем обмотки.

Ниже приведены выражения для условий срабатывания реле соответственно для схем на рис.7.3 и 7.4

где Uп.л.д - длительно допустимое напряжение прикосновения; zp1, zp2- соответственно сопротивления реле напряжения и тока; kп - коэффи­циент прикосновения, определяемый формой заземлителя; Ihд.д - дли­тельно допустимый ток через тело человека; Rh - сопротивление тела человека; Rв - сопротивление вспомогательного заземлителя; Rз - со­противление заземлителя.

Для расчетов можно принять: Rв = 10В; Ihд.д = 10мА; Rh = 1000Ом

В тех случаях, когда невозможно выполнить заземление или зануление и обеспечить защитное отключение, допускается обслуживать электрооборудование с изолирующих площадок. При этом должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрооборудования и частям оборудования, имеющим со­единение с землей.

Заземлению, согласно ПУЭ, подлежат корпуса электрооборудова­ния, светильников, приводов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, каркасы распределительных щитов, щитов управле­ния, шкафов, металлические конструкции РУ, металлические кабельные конструкции и оболочки проводов и др. Более подробные сведения о частях, подлежащих заземлению, приведены в ПУЭ.

Важной защитной мерой служит выравнивание потенциалов в пределах установки и ее отдельных частей. Эта защитная мера применя­ется совместно с системами заземления, зануления и др.

Фактор выравнивания потенциалов имеет первостепенное значе­ние в повышении условий безопасности. В установках напряжением выше 1 кВ выравнивание потенциалов осуществляется путем примене­ния сложных заземлителей. Заземлители состоят из погруженных в зем­лю стальных стержней, труб или уголков, соединенных стальной поло­сой, либо только из полос, расположенных в один или несколько рядов в пределах защищаемых объектов (рис. 7.5). На разрезах пунктирными линиями показаны потенциалы (напряжения по отношению к точкам нулевого потенциала) поверхности земли в случае замыкания на землю, а сплошными линиями - результирующие потенциалы; показаны также Uп и Uш внутри заземлителя и вне его. Чем ближе расстояния между от­дельными элементами заземлителя, тем лучше выравниваются потен­циалы земли на занимаемой им площади при однофазных замыканиях и тем ниже Uп и Uш.

Рис.7.5. Выравнивание потенциалов при сложном заземлителе

В промышленных установках выравнивание потенциалов внутри помещений происходит часто естественным путем благодаря наличию оборудования, разветвленной сети заземления, связанной со всякого ро­да металлическими конструкциями, трубопроводами, кабелями и др. В зависимости от степени насыщения помещения металлом kп ≤ 0,3 ÷ 0,2.

Находит также применение такая защитная мера как двойная изо­ляция, которая дает надежное обеспечение безопасности. При этом от­падает необходимость в заземлении или занулении (выполнение их за­прещается). Примером двойной изоляции может служить выполнение корпусов электрооборудования и изолирующих материалов,

В системах с изолированной нейтралью в соответствии с ПТЭ должен вестись постоянный контроль за состоянием изоляции всех трех фаз относительно земли. Такой контроль повышает безопасность и на­дежность систем цехового электроснабжения и может осуществляться с помощью трех вольтметров РV включенных через один трехфазный пятистержневой трансформатор напряжений типа НТМИ (рис.7.6). Если в процессе эксплуатации контроль состояния изоляции показывает ее низкий уровень, то необходимо произвести ремонт изоляции или замену элементов электроустановки с поврежденной изоляцией.

Рис.7.6. Включение трех вольтметров для контроля состояния изоляции с помощью измерительного трансформа­тора напряжения НТМИ в сети напря­жением выше 1 кВ

Опыт эксплуатации измерительных ТН, используемых для под­ключения к ним общей сигнализации от замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью, показывает их частую повреждаемость. Ос­новной причиной являются феррорезонансные явления, благодаря кото­рым через обмотки ВН трансформатора проходят токи, многократно превышающие номинальные.

В настоящее время применяются специальные антирезонансные ТН типа НАМИТ-10-2УХЛ2, предназначенные для измерения напря­жения и контроля изоляции в сетях 6 и 10 кВ с любым режимом зазем­ления нейтрали. Это значительно повысило надежность систем электро­снабжения.