Заземление и зануление. Принцип действия, защитные меры.

1. Определения

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или с землей непосредственно.

Замыканием на корпус называется замыкание, возникшее в электрических машинах, аппаратах, приборах, сетях на конструктивные части электроустановки, обычно не находящиеся под напряжением.

Заземлением называется преднамеренное металлическое соединение с заземляющим устройством частей электроустановок.

Защитным заземлением называется заземление частей электроустановок, обычно не находящихся под напряжением, для защиты людей от поражения электрическим током.

Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения ее работы.

Занулением в электроустановках напряжением до 1000 В называется преднамеренное металлическое соединение частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением при замыкании на корпус, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора — в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника тока — в сетях однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой трехпроводных сетей постоянного тока.

Защитным отключением называется защитная мера, применяемая в сетях напряжением до 1000 В, обеспечивающая автоматическое отключение всех фаз или полюсов аварийного участка сети и безопасное для человека тока и времени срабатывания (имеются в виду токи, протекающие через тело человека, и время с момента прикосновения к поврежденному элементу установки до отключения аварийного участка сети).

Защитным отключением в функции тока называется система защитного отключения, реагирующая на токи утечки через изоляцию установки или тело человека.

Защитным отключением в функции напряжения называется система

защитного отключения, реагирующая на напряжение корпуса электроприемника относительно земли при замыкании на корпус.

Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющие проводники, лежащие в земле и не изолированные от нее, рассматриваются как часть заземлителя.

Естественными заземлителями называются находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного или иного назначения.

Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземленные части установки с заземлителем.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Нулевым защитным проводником (PE) в электроустановках до 1000 В называется проводник, соединяющий корпус электрооборудования с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора — в сетях переменного тока, или с глухозаземленной средней точкой — в трехпроводных сетях постоянного тока.

Нулевым рабочим проводником (N) в электроустановках до 1000 В называется проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора — в сетях переменного тока, или с глухозаземленной средней точкой — в трехпроводных сетях постоянного тока, используемый для питания электроприемников.

Совмещенным нулевым защитным и нулевым рабочим проводником (PEN) в электроустановках до 1000 В называется проводник, сочетающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.

Защитный проводник — проводник, предназначенный для выполнения защитных функций.

Зоной растекания называется зона, в пределах которой может возникнуть заметный электрический потенциал, вызываемый растекающим током.

Зоной нулевого потенциала называется зона земли за пределами зоны растекания.

Напряжением на заземлителе называется разность потенциалов между ним и зоной нулевого потенциала при стекании с заземлителя тока в землю.

Напряжением относительно земли при замыкании на корпус называется разность потенциалов между этим корпусом и зоной нулевого потенциала.

Сопротивлением растеканию заземлителя называется отношение напряжения на заземлителе к току, стекающему с него в землю.

Сопротивлением заземляющего устройства называется сопротивление, слагающееся из сопротивления растеканию заземлителя и сопротивления сети заземляющих проводников.

Током замыкания на землю называется ток, стекающий в землю через место замыкания.

Напряжением прикосновения называется напряжение, обусловленное током замыкания на землю, между двумя точками при одновременном прикосновении к ним человека.

Напряжением шага называется напряжение, обусловленное током замыкания на землю, между двумя точками земли или пола в зоне растекания при одновременном касании их ногами.

Электроустановки в отношении мер безопасности разделяются на:

· электроустановки напряжением выше 1000 В с глухозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

· электроустановки напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);

· электроустановки напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью;

· электроустановки напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно.

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостной ток в сети, трансформаторы напряжения или другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Рабочей изоляцией называется изоляция токоведущих частей электроустановки, необходимая для нормальной ее работы, а также для защиты от случайного прикосновения к частям, находящимся под напряжением.

Защитной (дополнительной) изоляцией называется независимая изоляция, предусмотренная в дополнение к рабочей.

Двойной изоляцией электроприемника называется совокупность рабочей и защитной (дополнительной) изоляции, при которой доступная прикосновению часть электроприемника не приобретает опасного потенциала при повреждении рабочей или защитной изоляции.

Малым напряжением называется напряжение не более 42 В, принимаемое для электрических установок в необходимых случаях для обеспечения электробезопасности.

Разделительным трансформатором называется трансформатор, в котором принят ряд конструктивных мер, обеспечивающих:

· невозможность пробоя с обмотки высшего напряжения без одновременного замыкания на землю в точке пробоя высшего напряжения (заземленный экран между обмотками и т.п.);

· повышенную надежность трансформатора путем применения усиленной изоляции обмоток, меньших удельных нагрузок и т.п.

2. Защитные меры

Для защиты людей от поражения электрическим током применяют одну или несколько из следующих защитных мер:

· защитное заземление;

· зануление;

· защитное отключение;

· малые напряжения;

· разделяющие трансформаторы;

· выравнивание потенциалов;

· двойную изоляцию.

Область предпочтительного применения каждого вида защиты в электроустановках напряжением до 1000 В указаны в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Выбор защитных мер

Характер помещений и производств	Режим нейтрали		Рекомендуемые защитные меры
	Глухое заземление нейтрали 1	Заземление нейтрали через пробивной предохранитель	Защитное заземление корпуса электрооборудования	Зануление корпуса электрооборудования 2	Защитное отключение в функции тока	Защитное отключение в функции напряжения	Малое напряжение	Разделительные трансформаторы	Двойная изоляция	Выравнивание потенциалов
Помещения с сухими, изолирующими полами и стенами (жилые и общественные здания)	+	—	—	—	+	+	—	—	+	—
Нормальные производственные помещения (помещения с повышенной опасностью); кухни и санузлы жилых помещений и общественных зданий	+	—	+	+	+	+	—	—	+	+
Особо опасные помещения (подземные выработки)	—	+	+	—	+	+	+	+	—	+
Химические производства с мокрым технологическим процессом (гальваника, красильни)	—	+	+ Если допустимо по технологии	—	—	—	+	+	—	+ Если допустимо по технологии

Примечания.

1. В четырехпроводных сетях переменного тока и трехпроводных сетях постоянного тока обязательно глухое заземление нейтрали или средней точки.

2. В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора переменного тока или с глухозаземленной средней точкой в установках постоянного тока должно быть выполнено зануление заземленных корпусов электрооборудования. Применение в таких установках заземления корпусов электрооборудования без их зануления запрещается.

3. Защитное заземление и зануление

3.1. Заземление

Рабочее заземление. Рабочее заземление применяется для ограничения величины потенциала токоведущих частей установки относительно земли и для обеспечения правильного действия защиты в электросистеме. В сетях напряжением до 1000 В, питаемых через трансформаторы от сетей напряжением более 1000 В, нейтраль или одна из фаз обмотки НН должна быть присоединена к заземлителю наглухо. При пробое между обмотками высшего и низшего напряжения заземление нейтрали или фазы ограничивает потенциал относительно земли сети низшего напряжения. В этих установках заземление нейтрали или фазы частично выполняет защитные функции.

Защитное заземление. В условиях промышленных предприятий напряжение прикосновения может возникнуть не только между корпусом поврежденного электроприемника и землей, но и между корпусами электроприемников, между корпусом электроприемника и металлическими конструкциями здания, между станиной станка и металлическими трубопроводами и т.п. Сеть заземления в цехе промышленного предприятия должна электрически связывать между собой металлические части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при пробое изоляции, и присоединить их к металлическим частям технологического оборудования и здания с целью уравнять потенциалы тех и других, если при порче изоляции какого-либо электроприемника такие разности потенциалов появятся. Поскольку в цех всегда может быть заведен также и нулевой потенциал земли, металлические части электрооборудования, могущие при пробое изоляции оказаться под напряжением, металлические части технологического оборудования и здания должны быть также заземлены, т.е. присоединены к заземлителю.

Защитное заземление не требуется в установках при номинальных напряжениях 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока и менее.

К частям, подлежащим заземлению в тех случаях, когда оно требуется, относятся:

· корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.;

· приводы электрических аппаратов;

· вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

· каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;

· металлические конструкции распределительных устройств;

· металлические кабельные конструкции;

· металлические корпуса кабельных муфт;

· оболочки и броня контрольных и силовых кабелей;

· металлические оболочки проводов, а также металлические трубы электропроводки, лотки, короба, тросы и металлические полосы, на которых укреплены кабели и провода (кроме тросов и полос, по которым проложены кабели с заземленными или занулеными оболочками);

· другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования, и металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников.

Металлические оболочки и броня кабелей должны быть заземлены или занулены в начале и конце трассы. Должны быть заземлены или занулены также и металлические оболочки и броня кабелей и проводов напряжением 42 В переменного и 110 В постоянного тока и менее, если они проложены на общих металлических конструкциях, в том числе в трубах, коробах, лотках и т.п., вместе с кабелями и проводами, металлические оболочки и броня которых подлежат заземлению или занулению.

Оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях, в том числе съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах и камерах распределительных устройств, ограждений, шкафов (например, двери и т.п.), может не заземляться (зануляться) отдельным проводником, если на опорных поверхностях предусмотрены незакрашенные и зачищенные места, достаточные для обеспечения электрического контакта.

Допускается при заземлении отдельных электродвигателей, аппаратов и т.п. на станках непосредственно не заземлять металлические станины станков при условии обеспечения надежного контакта между корпусами электрооборудования и станиной.

Заземлению не подлежат:

· арматура подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительная арматура при установке их на деревянных опорах линий электропередачи и на деревянных конструкциях открытых подстанций, если это не требуется по условиям защиты от атмосферных перенапряжений;

· корпуса электроизмерительных приборов, реле и т.п., установленных на щитах, щитках, шкафах, а также на стенах камер распределительных устройств;

· электроприемники с двойной изоляцией;

· рельсовые пути, выходящие за территорию электростанций, подстанций, распределительных устройств и промпредприятий.

Для защиты электроустановок различных назначений и различных напряжений, территориально приближенных друг к другу, рекомендуется применять одно общее заземляющее устройство.

Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы источника постоянного тока, в любое время года должны быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

3.2. Принцип действия защитного заземления

Корпус электродвигателя или трансформатора, арматура электрического светильника или трубы электропроводки нормально не находятся под напряжением относительно земли благодаря изоляции от токоведущих частей. Однако в случае повреждения изоляции любая из этих металлических частей может оказаться под напряжением, нередко равным фазному. Электродвигатель с пробитой на корпус изоляцией часто электрически соединен с машиной, которую он приводит в движение, — например, установлен на станке. Таким образом, рабочий, взявшись за рукоятки управления станком, может нечаянно попасть под напряжение. Чтобы уменьшить опасность поражения людей при повреждениях изоляции токоведущих частей, применяют ряд мер, среди которых наиболее распространено защитное заземление металлических частей электроустановок, обычно не находящихся под напряжением, и их зануление.

Защитное заземление состоит в том, что заземляемые металлические части соединяют электрическим проводником с заземлителем, то есть с металлическим предметом, находящимся в непосредственном соприкосновении с землей или с группой таких предметов. Чаще всего — это стержни из угловой стали, забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой. Благодаря защитному заземлению напряжение, под которое может попасть человек, прикоснувшись к заземленной части, значительно снижается. Однако неверно распространенное мнение, что это напряжение равно нулю, так как все, что электрически связано с землей, должно иметь потенциал земли, то есть нуль. Дело в том, что землю можно рассматривать как электрический проводник с некоторым сопротивлением электрическому току, с падением напряжения вдоль пути тока, то есть с различным потенциалом точек земли около заземлителя и на большом расстоянии от него, где потенциал действительно можно считать нулевым.

Если представить себе заземлитель полусферы (рис. 1), то ток в земле растекается во все стороны от этого заземлителя в радиальных направлениях. Сечение «земляного проводника» определяется поверхностью полусфер того или иного радиуса и по мере увеличения радиуса возрастает. Соответственно уменьшается сопротивление грунта растеканию тока. Как показывают опыты, падение напряжения на участке однородного грунта радиусом в 1 м от поверхности заземлителя составляет около 68% от всего напряжения на заземлителе, то есть от напряжения между заземлителем и точками нулевого потенциала, которые располагаются на расстоянии около 20 м от такого заземлителя. Приблизительно так же, как на рис. 1, выглядит эта кривая при другой конструкции сосредоточенного заземлителя.

На расстоянии более 20 м от одиночного сосредоточенного заземлителя падение напряжения в слоях земли от тока, растекающегося с заземлителя, уже практически не обнаруживается. Пространство вокруг заземлителя, где обнаруживается ток растекания, называется полем или зоной растекания. Сопротивление заземлителя относительно земли (то есть относительно точек грунта с нулевым потенциалом) включает в себя, кроме сопротивления растеканию тока в земле, также сопротивление току при прохождении по самим заземлителям и переходное сопротивление в электрическом контакте между металлическим заземлителем и ближайшими к нему слоями грунта.

Рис. 1 Растекание тока в земле от сосредоточенного заземлителя и кривая изменения потенциала на поверхности земли по мере удаления от заземлителя

Последние две составляющие очень малы по сравнению с первой, даже если заземлители стальные и покрыты слоем ржавчины (но не краски). Поэтому под сопротивлением заземлителя относительно земли часто понимают его сопротивление растеканию, однако, точнее, сопротивление заземлителя — это отношение напряжения на нем (его потенциал) к току, который через него протекает при повреждении изоляции одной из фаз:

Напряжение на заземленном корпусе электрооборудования U_к отличается от напряжения заземлителя U_зна величину падения напряжения в заземляющих проводниках, соединяющих корпус с заземлителем. Но можно считать U_з ≈ U_к.

Хотя за пределами поля растекания ток в земле практически не обнаруживается, не следует считать, что в этом месте его нет. Для наличия электрического тока необходим замкнутый контур. Ток с провода, где повреждена изоляция, протекает через заземлитель и землю на провода других фаз в сети с незаземленной нейтралью через активное сопротивление их изоляции и через емкостные сопротивления этих проводов относительно земли. В сети с заземленной нейтралью ток от места замыкания течет главным образом к этой нейтрали, но не только по пути с наименьшим индуктивным сопротивлением (непосредственно под проводами линии), а и по другим путям, немного напоминающие силовые линии поля. На силу тока, протекающего через защитное заземление, влияет сопротивление всех элементов цепи этого тока, в том числе сопротивление заземлителя нейтрали.

Если человек, находясь на земле в потенциальном поле заземлителя, прикоснется к заземленному корпусу оборудования с поврежденной изоляцией, он окажется под действием разности потенциалов между корпусом и точкой поверхности земли, на которой он стоит (рис. 1). Эту разность называют напряжением прикосновения U_пр. Оно в общем случае составляет лишь часть напряжения заземлителя или равного ему напряжения на корпусе U_котносительно точек земли с нулевым потенциалом:

где

I_з — ток, стекающий с заземлителя;

R_з — сопротивление заземлителя;

α — коэффициент прикосновения (меньше единицы) который показывает, какую часть от напряжения на корпусе составляет напряжение прикосновения.

Величины α и U_прзависят от расстояния между ногами человека и заземлителем (чем дальше, тем больше) и от крутизны кривой спада потенциала, которая может быть более пологой при сложной конструкции заземлителя (чем положе, тем лучше условия безопасности). К телу человека приложена лишь часть напряжения прикосновения, потому что последовательно с сопротивлением тела включено электрическое сопротивление обуви, пола и сопротивление растеканию тока в земле от ног человека. Часто под напряжением прикосновения понимают именно падение напряжения в теле человека между точками с разным потенциалом, которых он одновременно касается рукой и ногами или двумя руками.

Между ступнями человека, идущего в потенциальном поле заземлителя, действует разность потенциалов, называемая шаговым напряжением U_ш. Как видно из рисунка, оно тем больше, чем ближе человек к заземлителю и чем шире шаг. При расчетах принимают, что шаг человека равен 0,8 м. Для крупных животных расстояние между передними и задними ногами больше, отчего напряжение шага, действующее на них, выше; оно опаснее, чем для людей, еще и потому, что вызванный им ток проходит у животных через грудную клетку. Поэтому, например, корова может погибнуть при значительно меньшем напряжении на заземлителе, к которому она приближается (или на большем расстоянии от упавшего на землю провода), хотя для крупных животных значение смертельных токов намного больше, чем для людей. Установлено, что при одиночном вертикальном стержневом заземлителе ток через него в 3,5 А уже может создать смертельное для животных шаговое напряжение.

На рисунке 2 показана сеть без заземленной точки с сопротивлением изоляции проводов относительно земли r₁и r₂. После пробоя изоляции одного из проводов на металлический корпус, который связан с защитным заземлением, обладающим сопротивлением растеканию тока в земле r₃, этот корпус будет иметь относительно участков земли с нулевым потенциалом напряжение, равное падению напряжения на r₃от тока через него.

Так как сопротивление изоляции проводов относительно земли значительно больше сопротивления растеканию тока в земле, ток через заземлитель практически не зависит от сопротивления заземлителя. Поэтому с уменьшением сопротивления заземлителя пропорционально уменьшается напряжение прикосновения. Уменьшается и опасность от прикосновения. Однако такое же напряжение появится на корпусах и неповрежденного оборудования, присоединенных к тому же защитному заземлению. Это один из недостатков заземления как защитного мероприятия.

Рис. 2. Защитное заземление в однофазной сети без заземленной точки

3.3. Принцип действия защитного зануления

В установках напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью непосредственное защитное заземление корпусов оборудования нередко могло бы оказаться недостаточно эффективным, потому что заземлений в таких сетях понадобилось бы много и экономически невозможно было бы сооружать их все с очень маленьким сопротивлением заземлителей. При пробое изоляции сопротивление двух последовательно включенных сопротивлений (заземления нейтрали R0 и защитного заземления корпуса поврежденного токоприемника RЗ) могло быть таким, что ток однофазного замыкания на корпус был бы слишком мал, чтобы вызвать срабатывание плавкого предохранителя, защищающего поврежденный токоприемник. Например, при сопротивлении обоих заземлителей по 4 Ом, даже если пренебречь сопротивлением фазного провода от источника питания до места повреждения изоляции, ток

(в расчете не учтены активное сопротивление земли между зонами растекания тока с заземлителей, равное 0,05 Ом/км, и внешнее индуктивное сопротивление току однофазного короткого замыкания в петле фаза — земля).

Из расчета видно, что в этом случае предохранитель с номинальным током плавкой вставки 35 А и выше не сработает. На заземленном оборудовании длительно может оставаться напряжение, при равенстве сопротивлений заземлителей равное половине фазного, то есть 110 В. Если же защитное заземляющее устройство имеет большее сопротивление, чем заземляющее устройство нейтрали, то напряжение относительно земли на заземленном оборудовании будет во столько же раз превышать напряжение на нулевой точке. Например, если сопротивление заземления нейтрали 2 Ом, а сопротивление защитного заземления 8 Ом, на заземленных частях оборудования при пробое изоляции будет напряжение

Поэтому в сетях напряжением 380/220 В, где нейтраль обмотки питающего трансформатора или генератора наглухо заземляется, вместо защитного заземления корпусов токоприемников путем непосредственной связи с расположенным поблизости заземлителем применяют особую разновидность заземления, которая по сути дела является самостоятельным защитным мероприятием и называется занулением. Это металлическое присоединение корпусов электрооборудования к нулевой точке (заземленной нейтрали) трансформатора или генератора. Обычно проводники, зануляющие отдельные токоприемники, связывают их не непосредственно с нулевой точкой, а с рабочим нулевым проводом.

При пробое изоляции в зануленом оборудовании возникает цепь тока однофазного короткого замыкания со сравнительно небольшим сопротивлением, состоящим из сопротивлений фазного и нулевого проводов. Появляется ток короткого замыкания, значительно больший, чем ток однофазного замыкания на землю, где применяется просто защитное заземление. Поэтому быстро срабатывает плавкий предохранитель или автоматический выключатель, защищающий поврежденное оборудование или участок сети. Именно быстрое и полное снятие напряжения с поврежденного оборудования является основой защитного действия зануления — в отличие от защитного заземления, когда напряжение на заземленных частях при повреждении изоляции понижается, но может длительно сохраняться.

В случае обрыва нулевого провода все оборудование за точкой обрыва оказалось бы не только совершенно лишенным защиты, но и поставленным даже в более плохие условия, чем при полном ее отсутствии, потому что при повреждении изоляции любого аппарата или электродвигателя, присоединенному к нулевому проводу за точкой обрыва, появилось бы напряжение, часто равное фазному, и на его корпусе, и на всех других зануленных корпусах. Чтобы избежать этого, во-первых, стремятся предотвратить обрывы нулевого провода. Во-вторых, чтобы уменьшить напряжение при замыкании на корпус электрооборудования, связанного с нулевым проводом, если он все же оборвется, необходимо делать повторные заземления нулевого провода.

Повторные заземления нулевого провода полезны и при целом нулевом проводе, так как они снижают напряжение на корпусе поврежденного оборудования до момента срабатывания предохранителя или в случае, если он все же не сработает из-за неправильного выбора плавкой вставки или при недостаточно большой силе тока короткого замыкания, когда замыкание на корпус произошло через большое переходное сопротивление остатков изоляции.

Если у нулевого провода сечение в 2 раза меньше, а сопротивление в 2 раза выше, чем у фазного, то без повторного заземления при замыкании на корпус в зануленном токоприемнике на нулевом проводе возникает падение напряжения приблизительно в 2/3 фазного напряжения, то есть 147 В. Оно и будет на корпусе относительно земли. Если же вблизи поврежденного оборудования находится одно повторное заземление, то параллельный нулевому проводу путь тока через землю снизит результирующее сопротивление цепи тока от корпуса до нулевой точки трансформатора. Понизится и падение напряжения U_К.0 на этом пути. Еще больше понизится напряжение U_К на корпусе токоприемника относительно земли, которое будет составлять лишь часть от U_К.0:

R₀ — сопротивление заземления нейтрали;

R_П — сопротивление повторного заземлителя. При

R₀ = R_П;

U_K = 0,5U_K.0.

При двух или большем количестве повторных заземлений на данной линии напряжение на корпусе снижается еще больше.

В установках до 1000 В с заземленной нейтралью запрещается применять защитное заземление корпуса без металлической связи с нулевой точкой источника. Но если заземлители данного корпуса и нулевой точки металлически связаны между собой, можно не иметь специального зануляющего проводника.

Запрещается применять землю в качестве рабочего нулевого провода в установках напряжением 380/220 В или 220/127 В (с заземленной нейтралью) и в качестве фазного провода в установках напряжением до 1000 В с незаземленной нейтралью.

Если в жилой комнате или общественном помещении есть радиаторы центрального отопления или проходят металлические водогазопроводные трубы, опасно пользоваться вблизи них настольной лампой с металлическим незануленным корпусом или утюгом и другими переносными электроприборами без зануления, так как возможность одновременного соприкосновения с корпусами электрооборудования и заземленными трубопроводами создает повышенную опасность поражения электротоком. Допускается использовать переносные электроприемники без заземления (зануления) только в случае, если металлические трубопроводы недоступны для прикосновения, — например, если радиаторы ограждены деревянными решетками.

В установках напряжением 36 В (42 В) и ниже переменного тока или 110 В и ниже постоянного тока заземление или зануление не применяют вообще ни в каких помещениях или наружных установках, кроме взрывоопасных; не применяют их и для электросварки, где независимо от напряжения полагается заземлять зажим вторичной обмотки трансформатора, к которому присоединяется обратный провод от свариваемой детали.

3.4. Зануление

Общие требования. Зануление применяется с целью отключить при пробое на корпус поврежденный электроприемник в возможно короткий срок и тем самым ограничить до возможного минимума время, в течение которого поврежденный объект будет представлять опасность для персонала. При занулении отключение поврежденного электроприемника производится под действием тока замыкания на корпус в линии, питающей поврежденный электроприемник.

Для быстрого и надежного срабатывания защиты максимального тока кратность тока замыкания на корпус по отношению к току уставки защиты должна быть как можно больше.

ПУЭ требует (пункт 1.7.79): чтобы ток однофазного замыкания на корпус

· превосходил — не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя;

· не менее чем в 3 раза ток уставки расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику;

· не менее чем в 1,1 Кр раза ток мгновенного срабатывания автомата, имеющего только расцепитель без выдержки времени, где Кр — коэффициент, учитывающий разброс токов срабатывания (по заводским данным). При отсутствии заводских данных о величине разброса кратность тока короткого замыкания относительно величины уставки следует принимать 1,4

для автоматов до 100 А и 1,25 для автоматов с номинальным током более 100 А.

Во взрывоопасных установках (ПУЭ, пункт 7.3.139) указанные выше кратности тока однофазного замыкания на корпус должны быть повышены до 4 в цепи, защищенной плавким предохранителем; до 6 в цепи, защищенной автоматическим выключателем с обратно зависимой от тока характеристикой. В цепях, защищенных автоматическим выключателем, имеющим только электромагнитный (мгновенный) расцепитель, кратность тока однофазного замыкания на корпус определяется как для невзрывоопасных установок.

Нулевые защитные проводники. В качестве нулевых защитных проводников могут служить:

· отдельные (в том числе нулевые) жилы многожильных проводов и кабелей;

· специально проложенные проводники;

· элементы металлических конструкций зданий, стальные трубы электропроводок, металлические конструкции производственного назначения, трубопроводы всех назначений (кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей) проложенные открыто;

· алюминиевые оболочки кабелей.

Заземляющие и нулевые защитные проводники должны быть защищены от коррозии. Места соединения стыков после сварки должны быть окрашены. В сухих помещениях для этого следует применять асфальтовый лак, масляные краски или нитроэмали. В сырых помещениях и помещениях с едкими парами окраска должна быть выполнена красками, стойкими в отношении химических воздействий (например поливинилхлоридными эмалями).

Запрещается использовать металлические оболочки трубчатых проводов, несущие тросы при тросовой электропроводке, металлические оболочки изоляционных трубок, металлорукава, броню и свинцовую оболочку проводов и кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников.

При использовании алюминиевых оболочек кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников присоединение их к корпусам электрооборудования, к соединительным или концевым кабельным муфтам должно выполняться гибкими медными перемычками сечением не менее приведенных в табл. 3.

Таблица 3. Сечение гибких медных перемычек

Сечение жил кабеля, мм2	Сечение перемычек, мм2
До 10	6
16—35	10
50—120	16
150 и выше	25

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью нулевые защитные проводники с целью уменьшения индуктивного сопротивления цепи фаза-нуль следует прокладывать совместно с фазными или в непосредственной близости к ним.

Ответвления от магистрали к электроприемникам до 1 кВ допускается прокладывать скрыто непосредственно в стене, под чистым полом и т.п. с защитой их от воздействия агрессивных сред. Такие ответвления не должны иметь соединений.

Прокладка заземляющих и нулевых защитных проводников через стены должна выполняться в открытых проемах, в неметаллических трубах или иных жестких обрамлениях.

В помещениях сухих, без агрессивной среды, заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать непосредственно по стенам. Во влажных, сырых и особо сырых помещениях и в помещениях с агрессивной средой заземление и нулевые защитные проводники следует прокладывать на расстоянии от стен не менее чем 10 мм. Расстояние между опорами для крепления заземляющих и нулевых защитных проводников должны быть не более 1000 мм. В наружных установках заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать в земле, в полу или по краю площадок, фундаментов технологических установок и т.п.

Использование неизолированных алюминиевых проводников для прокладки в земле в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников запрещается. Каждая часть электроустановки, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки не допускается.

Заземлители надлежит соединять с магистралями заземления не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не относится к повторному заземлению нулевого провода и металлических оболочек кабелей.

Соединение частей заземлителя между собой, а также заземлителя с заземляющими проводниками следует выполнять сваркой; при этом длина нахлеста должна быть равна ширине проводника при прямоугольном сечении и шести диаметрам при круглом сечении. При Т-образном соединении внахлестку двух полос длина нахлестки определяется шириной полосы.

Использование специально проложенных заземляющих или нулевых защитных проводников для каких-либо целей не допускается.

Открыто проложенные заземляющие и нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: желтые полосы по зеленому фону. При использовании строительных или технологических конструкций в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников на перемычках между ними, а также в местах присоединений и ответвлений проводников должны быть нанесены две полосы желтого цвета по зеленому фону на расстоянии 150 мм одна от другой.

Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников к частям оборудования, подлежащим заземлению или занулению, должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением. Присоединение должно быть доступно для осмотра.

Для болтового соединения следует предусматривать меры против ослабления контактного соединения (контрогайки, разрезные пружинные шайбы и т.п.) и коррозии (смазка тонким слоем вазелина зачищенных до металлического блеска контактных поверхностей и т.п.).

Сопротивление нулевых защитных проводников оказывает решающее влияние на общее сопротивление цепи зануления и, следовательно, на величину тока замыкания на корпус. Из перечисленных выше нулевых защитных проводников аналитическому расчету поддается только сопротивление жил проводов и кабелей.

Расчет нулевых защитных проводников по нагреву. Нулевые защитные проводники должны пропускать, не повреждаясь, ток однофазного замыкания на корпус. Считается, что это требование выполняется, если проводимость нулевого защитного проводника в любой точке составляет не менее 50% проводимости фазных проводников.

Ток двухфазного короткого замыкания может протекать по нулевым защитным проводникам только в случае одновременного замыкания на корпус у различных электроприемников и в различных фазах. При выборе сечения нулевых защитных проводников этот случай не принимается во внимание.

Элементы металлоконструкций зданий, стальные трубы электропроводки, конструкции производственного назначения и трубопроводы, используемые в качестве нулевых защитных проводников, не проверяются на устойчивость при замыканиях на корпус.

Поперечное сечение алюминиевой оболочки кабелей практически во всех имеющих место случаях превышает сечение фазного провода, поэтому ее можно считать устойчивой при токах короткого замыкания на корпус.

Заземляющие и нулевые защитные проводники в электроустановках до 1 кВ должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 3.

Таблица 3. Наименьшие размеры заземляющих и нулевых защитных проводников (ПУЭ, табл. 1.7.1)

Наименование	Медь	Алюминий	Сталь
			в зданиях	в наружных установках	в земле
Неизолированные проводники: · сечение, мм2; · диаметр, мм	4 —	6 —	— 5	— 6	— 10
Изолированные провода: · сечение, мм2	1,5	2,5	—	—	—
Заземляющие и нулевые жилы кабелей и многожильных проводов в общей защитной оболочке с фазными жилами: · сечение, мм2	1	2,5	—	—	—
Угловая сталь: · толщина полки, мм	—	—	2	2,5	4
Полосовая сталь:
· сечение, мм2;	—	—	24	48	48
· толщина, мм	—	—	3	4	4
Водогазопроводные трубы (стальные): · толщина стенки, мм	—	—	2,5	2,5	3,5
Тонкостенные трубы (стальные): · толщина стенки, мм	—	—	1,5	Не допускается

Нулевые рабочие проводники. Для питания электроприемников с однофазной или неравномерной трехфазной нагрузкой должен быть проложен рабочий нулевой провод, по которому протекает геометрическая сумма фазных токов. Нулевой рабочий провод присоединяется к нейтрали генератора или вторичной обмотке трансформатора, и он может быть использован для зануления корпуса приемника. По рабочему нулевому проводу длительно протекает рабочий ток, создающий в нем падение напряжения, и поэтому он должен быть изолирован на всей длине, когда используется для зануления (как защитный). Если нулевой рабочий провод используется как защитный, на него распространяются требования, относящиеся к нулевым защитным проводникам.

Нулевые рабочие проводники должны быть рассчитаны на длительное протекание рабочего тока.

Рекомендуется в качестве нулевых рабочих проводников применять проводники с изоляцией, равноценной изоляции фазных проводников. Такая изоляция обязательна как для нулевых рабочих, так и для нулевых защитных проводников в тех местах, где применение неизолированных проводников может привести к образованию электрических пар или к повреждению изоляции фазных проводников в результате искрения между неизолированным нулевым проводником и оболочкой или конструкцией (например, при прокладке проводов в трубах, коробах, лотках).

Не допускается использовать в качестве нулевых защитных проводников нулевые рабочие проводники, идущие к переносным электроприемникам однофазного и постоянного тока. Для зануления переносных электроприемников должен быть применен отдельный третий провод, присоединенный во втычном соединителе (разъеме) к нулевому рабочему или нулевому защитному проводнику.

Зануление светильников. Зануление светильников требует особого внимания, поскольку токоведущие части светильника легкодоступны, особенно при смене ламп, и количество светильников в промышленных предприятиях велико. В сетях 220/380 В с глухозаземленной нейтралью светильники, как правило, включены между фазой и нулевым рабочим проводом. В осветительных установках рабочий нулевой провод используется и для зануления, что дает существенную экономию проводов. При обрыве нулевого провода (объединяющего функции рабочего и защитного) корпуса всех светильников окажутся под фазным напряжением относительно земли, что представляет значительную опасность. С целью уменьшить эту опасность на участке, где повреждения наиболее вероятны — от магистрали до светильника, прокладывают раздельно три провода — фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный.

Если светильник установлен неподвижно, то к нему разрешается подводить два провода — фазный и нулевой. Последний в этом случае выполняет функции как рабочего, так и защитного.

Выравнивание потенциалов. Прикосновение одновременно к двум точкам, имеющим одинаковые потенциалы, при напряжении до 1000 В для человека безопасно. В тех случаях, когда почему-либо не удается понизить возможные потенциалы частей установки относительно земли или относительно друг друга, прибегают к искусственному выравниванию потенциалов внутри установки. На границах установки необходимо обеспечить плавный переход от потенциала установки к нулевому потенциалу земли, чтобы напряжение шага не превысило безопасной величины.

В пределах установки выравнивание потенциалов достигается металлическим соединением всех электропроводных элементов установки между собой (колонн, конструкций, корпусов электрооборудования, оболочек и брони кабеля, трубопроводов). Потенциал земли (пола) выравнивается путем закладки в земле (в полу) полос или пластин.

В цехах промышленных предприятий, связанных через общие заземлители с электроустановками с большими токами замыкания на землю, выравнивание потенциалов достигается путем устройства электрических соединений между колоннами, фермами, рельсами, станинами станков, трубопроводами (за исключением содержащих горючие газы или жидкости), арматурой полов и корпусами электрооборудования.

Поскольку наибольшее напряжение прикосновения и шаговое напряжение обычно наблюдается у выхода из здания и у наружных стен, здесь должны быть приняты дополнительные меры защиты. У выходов из здания должны быть заложены выравнивающие контуры, состоящие из двух полос, на расстоянии 1 и 2 м от стен здания, на глубине 1 и 1,5 м соответственно. Аналогичные меры для выравнивания потенциала должны быть приняты и по периметру здания, если измерения покажут наличие опасных разностей потенциалов.