Поражение человека электрическим током возможно не только при случайном прикосновении к токоведущим частям, но также и при прикосновении к металлическим кожухам, корпусам и конструкциям электрооборудования, если в результате повреждения изоляции электрических машин, аппаратов, кабелей и другого оборудования напряжение появится на этих нетоковедущих частях.
Одной из защитных мер против поражения человека электрическим током при касании металлических нетоковедущих частей с поврежденной (замыкание на корпус) изоляцией является защитное заземление.
Защитное заземлением, выполняемым для обеспечения электробезопасности, называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжение.
Заземляющее устройство – это совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Заземлителем называется один или несколько металлических электродов (например, стальных стержней, труб, полос и др.), погруженных в почву на глубину, обеспечивающую достаточно малое переходное сопротивление.
В отличие от защитного рабочее заземление –заземление какой-либо точки электрической сети, находящейся под напряжением, необходимое для обеспечения надлежащей работы установки в нормальных или аварийных условиях. Примером рабочего заземления может служить глухое заземление нейтрали силового трехфазного трансформатора, применяемое в четырехпроводных системах напряжением 380/220 В.
Землей в электротехническом смысле (как точкой отсчета) называется область на земной поверхности, которая настолько удалена от заземлителя, через который проходит ток, что между двумя любыми ее точками нет заметной разносьти потенциалов.
Напряжением на заземлителе называется напряжение, возникающее при протекании тока через заземлитель или заземляющее устройство, между ним и землей.
Напряжением относительно земли при замыкании на корпус называется напряжение между этим корпусом и точками земли, находящимися вне зоны растекания токов в земле, но не ближе 20 м от заземлителей.
Сопротивлением растеканию заземлителя называется сопротивление, оказываемое току, растекающемуся с заземлителя в землю, определяемое как отношение напряжения на заземлителе к току, проходящему через заземлитель в землю.
Сопротивлением заземляющего устройства называется суммарное сопротивление, слагающееся из сопротивления растеканию заземлителя и сопротивления заземляющих проводников.
Защитное заземление применяется в электроустановках напряжением до 1000 В и выше 1000 В, работающих с изолированными от земли нейтралями источников питания, а также в сетях напряжением 110 кВ и выше, которые работают с глухозаземленными нейтралями трансформаторов.
Рассмотрим действие защитного заземления.
Если корпус электродвигателя, аппарата, оболочки кабеля и др. не имеет надежного соединения с землей и в результате повреждения изоляции будет иметь контакт с токоведущей частью, то прикосновение к корпусу человека, не изолированного от земли, будет так же опасно, как прикосновение к токоведущей части, т.е. будет однофазное включение человека в цепь тока. Иначе будет, если данный корпус будет надежно заземлен.
При замыкании на корпус в сети возникает однофазное замыкание на землю. Вследствие относительно небольшого тока, протекающего на землю, установка защитой не отключить и будет продолжать работать в этом аварийном режиме. Но через корпус машины или аппарата с поврежденной изоляцией будет протекать ток и между корпусом и землей появится напряжение относительно земли (рис. 5.7) U3=I3*r3. Человек, стоящий на земле, касаясь рукой этого корпуса, окажется под напряжением прикосновения, которое может быть значительным и будет зависеть от потенциала второй точки цепи, в которой находится ноги человека, а также от электрической проводимости (сопротивления) обуви. Обычно напряжение прикосновения меньше напряжения относительно земли.
Таким образом, величина напряжения заземленного корпуса относительно земли U3, а следовательно, и напряжение прикосновения Uпр, зависят от сопротивления заземляющего устройства r3; чтобы Uпр было по возможности малым, необходимо иметь малое сопротивление заземляющего устройства r3, которое играет важную защитную роль.
На рис. 5.8, а приведен примерный график изменения напряжения относительно земли в различных точках на поверхности почвы в зоне растекания тока при замыкании на землю. Из графика видно, что наиболее высокое напряжение относительно земли (точки с нулевым потенциалом) будет в месте замыкания тока на землю. По мере удаления от места замыкания тока на землю это напряжение убывает.
ПУЭ предписывают, чтобы в качестве защитной меры от напряжения прикосновения в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках все металлические конструктивные нетоковедущие части электрооборудования при номинальном напряжении выше 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока и имеющие с ними электрический контакт корпуса и конструкции механического и технологического оборудования были заземлены. При напряжении 380 В и выше защитное заземление требует во всех помещениях и наружных электроустановках.
Заземление электроустановок не требует при напряжениях 42 В и ниже переменного тока и 110 В и ниже постоянного тока во всех случаях за исключением взрывоопасных установок. Во взрывоопасных помещениях и устройствах защитному заземлению подлежат электрооборудование при всех применяемых напряжениях.