Основним заходом захисту людей від ураження струмом при доторканні до металевих конструкцій і корпусів електрообладнання, які опинилися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції, є влаштування захисних заземлень.

Захисне заземлення - це з'єднання з землею металевих частин електричних установок, які можуть в будь - який час опинитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції мереж чи приймачів електричної енергії.

З'єднують металеві конструкції електричних установок і корпуси електроприймачів з землею заземлюючими захисними провідниками приєднують їх до розміщеного у землі металевого електрода або груп електродів, з'єднаних паралельно (труби, стержні, кутники, штаби). Ці електроди називаються заземлюючими.

Сукупність заземлювачів і заземлюючих провідників називається заземлюючим пристроєм.

На рисунку 68 зображено заземлення електроприймачів у мережах з ізольованою нейтраллю. У цьому випадку, якщо людина доторкнулася до корпуса електроприймача, що перебуває під напругою, то вона приєднується до кола замикання на ділянці між корпусом і землею. Призначення захисного заземлення полягає в тому, щоб створити між металевими конструкціями або корпусом обладнання, яке захищають, і землею електричне з'єднання достатньо малого (порівняно з тілом людини) опору або конструктивного так виконаного, щоб струм через паралельно приєднане тіло людини чи тварини знижувався до величини, яка не загрожує їх життю і здоров'ю.

Крім створенні безпеки людей і тварин при однофазних замиканнях, заземлення може мати також інше призначення : обмеження перенапруги, забезпечення дії релейного захисту, визначення режимів роботи установки при нормальній експлуатації. До останніх належать : заземлення нейтралів трансформаторів в установках напругою 110 кВ і вище, яке має основне призначення - зниження вимог до ізоляції ; заземлення нейтралей генераторів ; система з використанням землі у вигляді робочого привода в мережах змінного струму або на електрифікованому транспорті ; заземлення розрядників і т. п. Ці заземлення називаються «робочими» на відміну від захисних.

У випадку, коли маємо установку напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю генераторів чи трансформаторів, металеві корпуси електроприймачів з'єднуються з цією нейтраллю за допомогою захисних провідників достатньо малого опору. Таке з'єднання перетворює замикання струмоведучих частин на корпуси електроприймачів у коротке замикання, яке усувають автоматичним вимикачем чи запобіжником.

Таким чином, основне призначення занулення - це забезпечення автоматичного вимикання ділянки мережі, на якій відбулося замикання перебуваючих під напругою провідників на металеві частини електрообладнання.

Захисні заземлення або занулення повинні забезпечити :

1. в установках з ізольованою нейтраллю - безпечну силу струму, який проходить через тіло людини при замиканні фази мережі на заземленні частини ;

2. в установках з заземленою нейтраллю - автоматичне вимикання пошкоджених ділянок мережі.

Важливим є вимірювання потенціалів у мережах установки або окремих її частинах. Без цього у деяких випадках неможливо створити безпечні умови праці. Вирівнювання потенціалів застосовують разом із системою заземлення, занулення та ін.

Якщо заземлення або занулення малоефективні чи влаштування їх викликає значні труднощі, успішно застосовують системи захисного вмикання, які забезпечують швидкодіюче вимикання обладнання або його частин за 0,05 - 0,2 с при однофазних замиканнях на землю або на корпус обладнання, а також при доторканні людини до частин, що перебувають під напругою. Ці системи досить широко застосовуються.

Ізоляція від землі призначена для створення безпеки шляхом застосування ізолюючих площадок для ремонтних робіт, площадок обслуговування обладнання, корпуси або струмоведучі частини якого перебувають під напругою.

Останнім часом використовують додаткову ізоляцію, тобто роблять корпуси електрообладнання апаратів, електроінструментів, побутових електроприймачів та інших приладів з ізолюючих матеріалів або з додатковими ізолюючими вставками між корпусом, робочим інструментом і частинами, які можуть потрапити під напругу при пошкодженні ізоляції струмоведучих частин. Внаслідок цього таке електрообладнання має подвійну ізоляцію. Подвійна ізоляція гарантує безпеку, при цьому відпадає необхідність у заземленні або зануленні і пов'язаних з цим витрат на їх влаштування та обслуговування. Разом з тим в процесі експлуатації можливі випадки перекриття ізоляції провідним пилом (електроінструмент). Для запобігання цьому потрібно проводити нагляд,профілактичні перевірки та випробування. Крім того, ізолюючі перекриття тільки тоді надійні, коли вони механічно достатньо міцні і відповідають вимогам роботи. Покриття з фарби, лаків, емалі тощо не задовольняють умови додаткової ізоляції.

2. Опір заземлюючого пристрою

Опір, який чинить струму земля, називається опором розтікання. Опір розтікання заземлювача R3 визначають як відношенні напруги на цьому відносно землі U3 до сили струму що проходить через заземлювачі у землю І3 :

R3 = --.

Замість терміна «опір розтікання заземлювача» часто вживається умовний скорочений термін «опір заземлювача».

Щоб забезпечити захисні функції, заземлювачі повинні мати опір, який не перевищує певної величини.

Опір заземлюючого пристрою складається з опору заземлювача і опору заземлюючої мережі.

До опору заземлювача входить також опір переходу струму від заземлювача до прилеглої до неї землі, тобто опір контакта становить тільки незначну частину опору заземлювача, навіть наявність на стальному заземлювачі шару окису не впливає на опір розтіканню заземлювача в цілому. Опір заземлювача залежить від багатьох умов і перш за все від властивостей землі, в яку він заглиблений.

Величина опору заземлюючої мережі залежить не тільки від активної, а й реактивної складової. На величину реактивного опору впливає матеріал провідника, зокрема сталь ; при збільшенні відстані між фазним і заземлюючим провідниками реактивна складова збільшується. Цей фактор повинен враховуватися при експлуатації електроустановок з заземленою нейтраллю напругою до 1000 В, а також при влаштуванні виносних заземлень. При постійному і змінному струмах розтікання в землі струмів замикання на землю проходить по - різному.

Постійний струм поширюється через досить значний поперечний переріз землі, так що опір її, за винятком ділянки, яка прилягає безпосередньо до заземлювачів і становить основну частину опору розтіканню, можна не враховувати. При змінному струмі його розподіл у землі значною мірою залежить від індуктивного опору кола лінія - землі. Відомо, що при цьому енергія магнітного поля, а внаслідок цього самоіндукція кола наближається до мінімуму, завдяки чому зворотній струм через землю концентрується у зоні проходження лінії вздовж її траси, поширюються при промисловій частоті на ширину і глибину приблизно 2 - 3 км.

Активний опір землі в цьому випадку залежить від довжини ділянки розтікання струму та частоти і не змінюється від опору землі.

3. Крокова напруга. Напруга дотику

Між кожними двома точками землі, які знаходяться у зоні розтікання струму замикання, існує певна різниця напруги. Тому людина, яка перебуває в межах цієї зони, зробивши крок, підлягає дії так званої крокової напруги, внаслідок чого струм проходить через тіло людини і замикається через ноги.

Величину крокової напруги в різних пунктах розтікання струму визначають за різницею між напругами точок землі або підлоги, які знаходяться одна від одної на відстані 0,8 м. При віддаленні людини від заземлювача крокова напруга зменшується.

Від крокової напруги небезпека збільшується, якщо людина опинилася в межах її дії і впала. В цьому випадку величина крокової напруги зростає, тому що струм проходить через усе тіло людини.

Ураження людини кроковою напругою може статися поблизу провода, який впав на землю. Найнебезпечніша вона при ударі блискавки.

Для деяких тварин (коні, корови) величина крокової напруги більша 0,8 м, і шлях струму захоплює грудну клітку. Отже, вони більше підлягають ураженню дії крокової напруги.

Другою величиною, яка характеризує ступінь небезпеки і виникає при однофазних замиканнях, є напруга, що діє на людину в колі однофазного замикання. Ця напруга залежить від суми і величини опорів кола. У кожному з цих опорів відбувається спад частини напруг, яка діє в колі замикання.

Та частина напруги, припадає на тіло людини в колі замикання, називається напругою дотику.

З точки зору безпеки для людини має значення тільки величина напруги дотику, а не повна напруга відносно землі.

Крім сили струму замикання і опору заземлюючого пристрою, напруга дотику залежить, як і крокова, від віддаленості заземлювача і від опору та стану поверхні, на якій стоїть людина.

При розрахунках крокової напруги і напруги дотику опір взуття не враховують, тому що воно може бути вологим, підбитим металевими цвяхами або його зовсім може не бути. Опір підлоги враховують, оскільки, знаходячись у колі замикання, він обмежує напругу дотику і струм через тіло людини. Малий опір підлоги особливо не безпечний при безпосередньому дотику до частин, які перебувають під напругою.

Якщо опір підлоги великий, допускається безпосереднє дотикання до частин, які перебувають під напругою, але таке дотикання повинне бути обмежене часом дії.

Значний досвід проведення захисних заходів дає можливість замість розрахунків вибирати певні величини опору заземлюючих пристроїв та параметри інших захисних засобів.

4. Вирівнювання потенціалів

Напругу дотику і струму через тіло людини можна значно зменшити, якщо вирівняти потенціал біля електрообладнання. Фактор вирівнювання потенціалів має вирішальне значення для поліпшення умов безпеки.

В електрообладнанні напругою до 1000 В вирівнюють потенціал шляхом влаштування заземлювачів, які складаються із заглиблених у землю стальних стержнів, трубок або кутників, з'єднаних стальною штабою, або тільки із смуг, розміщених в один чи кілька рядів у межах об'єктів що захищають.

Чим менша відстань між окремими елементами заземлювача, тим краще вирівнюється потенціал землі на зайнятій ним площі при однофазних замиканнях і тим менше значення крокової напруги та напруги дотику. В електрообладнанні напругою 110 кВ і вище на краях заземлювача та за його межами може виникати крутий спад потенціалів і відповідно небезпечна крокова напруга. Щоб запобігти цьому, по краях заземлювача та за його межами, особливо при вході і виході, укладають додаткові з'єднані з основними заземлювачем стальні штаби, поступово збільшуючи глибину їх прокладання.

У промислових установках потенціали вирівнюють часто природнім шляхом завдяки наявності обладнання, розгалуженої мережі заземлення, зав'язаної з різноманітними металевими конструкціями, трубопроводами, кабелями і т. ін.

У сільському господарстві в корівниках та інших приміщеннях для тварин для зменшення напруги дотику закладають у бетонну підлогу стальний круглий дріт або штаби, з'єднані з металевими корпусом обладнання і трубопроводами. Так вирівнюють потенціали по поверхні підлоги, яка має низький опір, і між підлогою та корпусами обладнання, яке може виявитись під напругою через пошкодження ізоляції.

5. Захисні заходи в мережі з ізольованою нейтраллю

У електромережі з ізольованою нейтраллю сила струму, що проходить через тіло людини при доторканні до частин, які перебувають під напругою, або до корпуса з пошкодженою ізоляцією при обриві заземлення, залежить в основному від опору ізоляції мережі. При великому опорі ізоляції струм може мати дуже малу величину, і доторкання до частини, яка перебуває під напругою, може в деяких випадках не викликати ураження. Такі умови можливі лише в мережах малої довжини, які мають великий опір ізоляції і малу ємність проводів відносно землі.

В установках з ізольованою нейтраллю треба врахувати виникнення замикань на землю, які не вимикаються. Самі по собі однофазні замикання в цих мережах ураження не викликають. Проте за час їх усунення збільшується небезпека ураження при доторканні до струмоведучих частин і, крім того, не виключається можливість виникнення другого замикання на землю у другій фазі тієї ж мережі, чому сприяє збільшення напруги непошкоджених фаз тієї ж мережі, в v3 рази. При подвійних замиканнях на заземлених частинах може виникнути небезпечна напруга, в тому числі у мережах напругою до 1000 В. Такі випадки неодноразово спричиняли тяжкі ураження.

З точки зору безпеки має істотне значення вид подвійного замикання (на корпус чи безпосередньо на землю).

Якщо замикання виникло в двох точках електрообладнання, яке живиться від одного генератора або трансформатора і має загальні зв'язки (наприклад, через оболонки кабелів, трубопроводи, мережі заземлення), то подібні подвійні замикання перетворюються в короткі замикання і вимикаються захистом. Тому, де є можливість, слід зв'язувати мережі заземлення окремого обладнання через водопровід, оболонки кабелів тощо, а при їх відсутності і малих відстаней між обладнаннями - за допомогою спеціальних провідників. У промисловому електрообладнанні ці зв'язки майже завжди існують, а у непромисловому - немає, тому мережі з ізольованою нейтраллю мають істотний недолік.

Якщо одне із замикань виникло на корпус, а друге безпосередньо на землю, то в електрообладнанні напругою до 1000 В на корпусі, як правило, виявляється значно менша частина між фазної напруги, тому що контакт з землею має відносно високий опір. У мережах напругою понад 1000 В такі подвійні замикання викликають спрацювання захисту або одне з місць замикання через короткий час відгоряє, і замикання перетворюється в однофазне.

Замикання безпосередньо на землю проводів двох фаз при досить високих напругах призводить до їх вимикання. Якщо опір аварійного кола виявиться більшим, а струм замикання - недостатнім для спрацювання захисту, таке замикання може бути тривалим. У таких випадках здійснити будь - які заходи захисту, пов'язані з використанням заземлення, неможливо.

Та обставина, що однофазні замикання слід невідкладно усувати, дає можливість відмовитися від спеціальних заходів щодо подвійних замикань на землю.

Для своєчасного виявлення однофазних замикань і запобігання періоду їх у двофазні необхідно своєчасно контролювати стан ізоляції. Заземлюючі пристрої в мережах з ізольованою нейтраллю напругою до 1000 В відповідно до вимог правил влаштування електроустановок повинні мати опір, не вищий 4 Ом. При живленні від генератора чи трансформатора потужністю до 100 кВА або якщо сумарна потужність кількох генераторів чи трансформаторів не перевищує 100 кВА, опір заземлюючого пристрою не повинен перевищувати 10 Ом.

Величина опору 4 Ом встановлена тому, що в мережах напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю значних струмів однофазного замикання в умовах нормального середовища не буває. Виходячи з цього, у практиці проектування мереж з ізольованою нейтраллю напругою до 1000 В прийнято розрахункову досить високу силу струму замикання на землю - 10 А. При І3 = 10 А одержимо таку напругу дотику :

Uд = к д I3R3 =к д *10*4 < 40В,

що навіть при к д = 1 не перевищує допустимої величини.

У електрообладнанні малої потужності, що має, як правило, короткі мережі, струми замикання на землю мають дуже малу величину. Таким чином, незважаючи не допустиме для цього обладнання, збільшення опору заземлюючого пристрою до 10 Ом напруга дотику буде мати при однофазних замиканнях дуже малі значення.

У мережах з ізольованою нейтраллю напругою понад 1000 В опір заземлюючого пристрою при проходженні розрахункового струму замикання на землю у будь - який час згідно з вимог правил влаштування електроустановок визначають за формулою :

R3 = --,

Для поліпшення умов безпеки правил влаштування електроустановок обмежують максимальний опір заземлюючого пристрою в електрообладнанні без компресії ємність сил струму не більше 10 Ом.

В обладнанні з компенсацією ємнісних струмів заземлюючим пристрій розраховують сили струмів замикання на землю повинні бути прийняті для тієї із можливих в експлуатації схем мережі, при якій струм замикання на землю мають найбільшу величину. Для цього слід врахувати розміщення компенсуючого апарата.

З метою полегшення влаштування заземлення допускається приймати за розрахункову сили струму дії релейного захисту від між фазних замикань або номінальну силу струму плавких уставок запобіжників, якщо струм замикання на землю має величину не меншу, ніж 1,5 - кратний струм установки релейного захисту або 3 - кратний номінальний струм запобіжника.

6.Захисні заходи в мережі з глухозаземленою нейтраллю

У мережах з глухозаземленою нейтраллю напругою до 1000 В основним захисним засобом є занулення корпусів електрообладнання (рис. 69). В Україні це в основному стосується мереж напругою 380/220 В.

Наявність заземленої нейтралі створює безпеку шляхом вмикання аварійної ділянки. Цього досягають з'єднанням корпусів електроприймачів з заземленою нейтраллю трансформатора або генератора. Таке з'єднання (занулення) створює при будь - якому замиканні на заземлені частини замкнене металеве коло короткого замикання, яке вимикається апаратурою захисту, незалежно від опору заземленої нейтралі.

У цехах промислових підприємств з занулюючим провідником або мережею занулення зв'язані різні металеві частини і конструкції, які утворюють третє паралельне коло. Деяка частина струму проходить через нього. Проте вона не велика, тому що коло фазний провід - віддалені металеві частини має великий індуктивний опір. Короткочасно до вимикання захистом фазна напруга розподілиться між всіма опорами пропорціонально їх величині.

7. Заземлення опор та обладнання повітряних ліній

Заземлення опор повітряних лінії визначається вимогами безпеки і вимогами захисту від грозової перенапруги. Здійснюють його на основі таких положень.

У мережах напругою понад 1000 В заземлюють залізобетонні і металеві опори ліній напругою 35 кВ, ліній 3 - 20 кВ тільки у населених пунктах, ліній всіх типів і напруг, на яких встановлені пристрої грозозахисту або підвішений трос.

На дерев'яних опорах арматуру, стержні ізоляторів та інші металеві частини необхідно заземлювати тільки при наявності на них троса або пристроїв грозозахисту.

При заземленні опор бажано використати зв'язок з землею їх фундаментів або основ, тому що в вологих ґрунтах провідність залізобетонних фундаментів і основ досить стабільна.

В електрообладнанні напругою до 1000 В всі металеві і залізобетонні опори, оскільки вони завжди знаходяться в населених пунктах повинні бути заземлені або занулені.

Опір заземлюючих пристроїв цих опор в мережах з ізольованою нейтраллю повинен становити не більше 50 Ом. Занулення роблять, з'єднуючи з нульовим проводом стержні, траверси і гаки.

Якщо на опорі є відтяжки, то їх слід також заземлювати. Заземлення роблять безпосередньо на металевій опорі приєднанням відтяжки до неї або ж до арматури чи заземлюючих спусків при залізобетонних опорах. У мережах напругою до 1000 В з заземленою нейтраллю відтяжки слід приєднувати до нульового провода.

8. Обладнання, яке підлягає заземленню або зануленню

Застосування захисних засобів є обов'язковим у всіх приміщеннях з підвищеною небезпекою і особливо небезпечних, а також в зовнішніх установах при номінальній напрузі мережі понад 42 В змінного струму і понад 110 В постійного. У виробничих приміщеннях є елементи підвищеної небезпеки : значна кількість металевих частин, верстатне та інше обладнання, трубопроводи, металеві оболонки кабелів, провідні підлоги тощо.

При напрузі 500 В і вище заземлення потрібно влаштовувати в усіх випадках.

Заземленню або зануленню підлягають всі металеві корпуси електрообладнання, які нормально не перебувають під напругою, але можуть опинитися внаслідок пошкодження ізоляції, а також труби електропроводки, металеві оболонки кабелів та ін.

Необхідно виконувати заземлення (занулення) в тих приміщеннях житлових будинків та громадських будівель, які належать до категорії виробничих і мають ознаки підвищеної небезпеки.

Кабелі та інші конструкції для прокладання проводів і кабелів слід заземлювати, як і всі інші конструкції, що можуть виявитися під напругою внаслідок пошкодження ізоляції.

Мінімальні розміри стальних захисних провідників

Назва	У приміщеннях	У зовнішніх установках	У землі
Круглі діаметром, мм	5	6	10
Прямокутні : площа поперечного перерізу, мм2 товщина, мм	24 3	48 4	48 4
Водогазопровідні труби, товщина стінок, мм	2,5	2,5	3,5
Зварні тонкостінні труби товщина стінок, мм	1,5	Не допускається