Материал: Пожарная безопасность электроустановок. учебное пособие. Сушко Е.А., Бакаева Г.А

4.2. Заземление и зануление электроустановок как устройств электро- и пожарной безопасности

Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделяющий трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов. Основными из них являются заземление, зануление и выравнивание потенциалов.

Заземлением всей установки или ее части называется преднамеренное гальваническое соединение с заземляющим устройством. Совокупность заземлителя и заземляющих проводников называется заземляющим устройством.

Занулением в электроустановках напряжением до 1000 В называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.

Выравнивание потенциала – метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек. Выравнивание потенциала осуществляется электрическим соединением металлических конструкций, находящихся вблизи электроустановки с ее корпусом, а также формированием зоны растекания путем использования специальных заземляющих устройств.

Все случаи поражения током являются результатом замыкания электрической цепи через тело, т.е. результатом прикосновения человека к точкам цепи, имеющим разные потенциалы. Опасность этого зависит от напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, состояния изоляции токоведущих частей от земли и т.п.

Различают сети с изолированной нейтралью, когда нейтраль трансформатора к заземляющему устройству непосредственно не присоединена или присоединена через аппараты с большим сопротивлением (например, через трансформаторы напряжения), и сети с глухим заземлением нейтрали, когда нейтраль трансформатора или генератора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока). Повреждение изоляции токоведущих частей и соединение их с заземленными конструктивными частями или непосредственно с землей связано чаще всего либо с токами однофазного замыкания на землю (в системе с изолированной нейтралью), либо с токами однофазного КЗ (в системе с глухозаземленной нейтралью).

Токи замыканий на землю при неблагоприятных условиях (горючая среда, обрыв заземляющих проводников или их отсутствие, плохие контакты, искровые промежутки и т.п.) могут вызвать пожар или взрыв. Поэтому заземление и зануление следует рассматривать как средство электробезопасности и пожарной безопасности.

4.3. Устройство заземлений и занулений

Заземление или зануление применяют во всех случаях при напряжении 380 В (и выше) переменного и 440 В и выше постоянного тока. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных, в наружных установках эти защитные меры применяют при напряжениях выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока.

Заземлять или занулять необходимо следующие части электроустановок: корпуса трансформаторов; рамы и приводы выключателей и других коммутационных аппаратов; вторичные обмотки измерительных трансформаторов; каркасы распределительных щитов и щитков, пультов и щитов управления, шкафов с электрооборудованием. Съемные или открывающиеся части щитов и шкафов должны быть занулены отдельным гибким проводником, если на этих частях установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного или 110 В постоянного тока. Зануляют также металлические оболочки и броню кабелей, проводов, металлические кабельные конструкции и муфты, стальные трубы электропроводки, тросы, на которых подвешены провода, кожухи шинопроводов, короба и лотки, арматуру железобетонных опор и проволочные оттяжки любых опор, а также все другие металлоконструкции, связанные с установкой электрооборудования.

ПУЭ не требуют заземлять или занулять что-либо в помещениях без повышенной опасности поражения электрическим током, в частности в жилых и общественных помещениях с деревянными или пластиковыми полами, если номинальное напряжение электрооборудования 220 В и ниже. Зануление здесь только повысило бы опасность при случайном прикосновении одновременно к токоведущим частям и к зануленным, т. е. к связанному с землей корпусу электрооборудования. Не требуется также занулять в кухнях, ванных комнатах и туалетах квартир металлические корпуса стационарно установленного осветительного электрооборудования и переносных электроприборов и машин мощностью до 1,3 кВт (стиральные и швейные машины, холодильники, утюги и т. п.).

Заземляющие и нулевые защитные проводники подразделяются на магистральные и ответвления от них к отдельным электроприемникам. Там, где это допустимо, в качестве нулевых защитных проводников в первую очередь используют нулевые рабочие проводники. Для заземлений и занулений электроприемников рекомендуется применять отдельные жилы кабелей и провода электропроводок (четвертая жила, четвертый и третий провод), открыто проложенные проводники, преимущественно стальные; металлические конструкции различного назначения; алюминиевые оболочки кабелей (но не броню). Защитными проводниками, в частности, могут служить: металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т. п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, шахты лифтов и подъемников и т. п.); стальные трубы, металлические короба и лотки электропроводов; металлические стационарные открыто положенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов для горючих газов и жидкостей, канализации, центрального отопления и бытового водоснабжения. Они могут служить единственными защитными проводниками только в том случае, если удовлетворяют требованиям ПУЭ в отношении сечения или проводимости, а также если обеспечена их непрерывность.

Защитные проводники по условиям механической прочности и стойкости к коррозии должны иметь минимальные размеры (табл. 4.2).

С учетом условий безопасности и особой надежности, которую должны иметь защитные проводники, к ним предъявляются дополнительные требования.

В сетях с изолированной нейтралью сечение заземляющих проводников должно составлять не менее 1/3 сечения фазных, а проводимость проводников из разных металлов должна быть не менее 1/3 проводимости фазных.

В сетях с глухим заземлением нейтрали для надежного автоматического отключения аварийного участка нулевые защитные проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус возникал ток КЗ. Это требование обычно удовлетворяется, если проводимость нулевых защитных проводников составляет не менее 50 % проводимости фазного провода.

При медных и алюминиевых проводах сечение нулевого защитного провода принимают не менее 50 % фазного. Если же фазный провод медный или алюминиевый, а защитный – стальной, как это часто бывает в промышленных установках (за исключением взрывоопасных), защитный провод нельзя выбирать, исходя из сечения фазного, так как сопротивление стальных проводников относительно велико, а при переменном токе сопротивление зависит также от тока и конструкции проводника (одно- или многожильная). Кроме того, следует считаться с внешним индуктивным сопротивлением, так как стальные защитные проводники (за исключением прокладки в стальных трубах) монтируются на некотором, иногда значительном, расстоянии от фазных.

Таблица 4.2

Размеры защитных проводников по условиям механической прочности и стойкости к коррозии

Нулевые и защитные проводники

Трехжильный кабель, сечение, мм2,			Четырехжильный кабель, сечение, мм2,
жил	оболочки	жил		оболочки
3 х 6 3 х 10 3 х 16 3 х 25 3 х 35 3 х 50 3 х 70 3 х 95 3 х 120 3 х 150 3 х 185 3 х 240	39 45 50 57 63 78 95 105 120 149 165 186	3 х 6 + 1 х 4 3 х 10 + 1 х 6 3 х 16 + 1 х 10 3 х 25 + 1 х 16 3 х 35 + 1 х 16 3 х 50 + 1 х 25 3 х 70 + 1 х 25 3 х 95 + 1 х 35		46 55 71 82 97 125 140 157

Заземлители. Для заземляющих устройств любого назначения используются естественные и искусственные заземлители или их сочетание. В качестве естественных заземлителей можно использовать проложенные в земле водопроводные трубы и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов; обсадные трубы различного назначения: металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей; металлические шпунты гидротехнических сооружений; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, учитывать их в расчете заземляющих устройств можно только при числе кабелей не менее двух.

Преимуществом протяженных естественных заземлителей является их малое сопротивление растеканию тока, а также отсутствие специальных затрат на их устройство. Недостаток естественных заземлителей – доступность неэлектротехническому персоналу. При ремонтных работах могут быть нарушены соединения между отдельными элементами протяженных заземлителей, а главное – между заземляющими проводниками и заземлитетелями.

Если естественных заземлителей нет или их использование не дает нужных результатов, применяют искусственные заземлители – вертикально забитые стержни (электроды) из круглой или угловой стали из газоводопроводных (некондиционных) труб, а также горизонтально проложенные стальные полосы или круглую сталь. Стержни из круглой стали для вертикальных заземлителей рекомендуются диаметром 10 мм и длиной 5 м. Применяют также угловую сталь 50 х 50 х 5 мм длиной 3 м. Используются трубы диаметром 50 мм и длиной 2,5 - 3 м. Чтобы уменьшить колебания сопротивлений заземлителей, связанные с изменениями внешней температуры и влажности грунта, их располагают ниже уровня земли на 0,5-0,8 м. Еще меньше подвергаются атмосферным влияниям углубленные заземлители из полосовой или круглой стали, закладываемые на дно котлованов при сооружении фундаментов зданий цехов, подстанций и т.д.