Исследование защитного заземления оборудования: Методические указания к лабораторной работе, страница 4

                                    а)                                                          б)

Рис. 1. Пути протекания тока при замыкании фазы на заземленный

           корпус электроустановки:

а) в сети с изолированной нейтралью (система IT);

б) в сети с глухозаземленной  нейтралью (система TT)

шению активной составляющей, а использование кабельных линий электропередачи – реактивной составляющей Z_Ф (из-за расположения проводов в земле, приводящего к увеличению емкостей между фазами и землей).

Падения напряжения в каждом из показанных на рис. 1,а контуров I и II распределяются пропорционально величинам входящих в контуры сопротивлений. Для нормального состояния двух других фаз сети (A и B) их фазные сопротивления относительно земли Z_Ф во много раз больше, чем сопротивление заземления (сопротивление растеканию тока в земле). Следовательно, большая часть падения напряжения приходится на сопротивления Z_Ф . Поэтому при наличии заземления корпус (и замкнувшаяся на него фаза) будет иметь электрический потенциал, величина которого значительно ближе к нормальному нулевому потенциалу земли, чем к номинальному фазному (при этом потенциалы нейтрали и двух других фаз относительно земли, создаваемые соответственно одной и двумя обмотками источника, возрастут). Этот «остаточный» потенциал равен падению напряжения на заземляющем устройстве, т. е. произведению стекающего в землю тока I_ЗМна сопротивление заземляющего устройства R_ЗМ:

j_ЗМ = I_ЗМ∙R_ЗМ (1)

Для повышения уровня безопасности требуется, чтобы потенциал j_ЗМ был как можно ниже. Как следует из формулы (1), на величину j_ЗМ влияют ток  I_ЗМ  и сопротивление  R_ЗМ . Для нормально функционирующей сети  Z_Ф >> R_ЗМ . Поэтому величина тока I_ЗМ определяется сопротивлениями Z_Ф, а основным путем обеспечения безопасности является уменьшение сопротивления заземляющего устройства R_ЗМ (так как сопротивление заземляющего проводника несущественно, можно обозначить как R_ЗМ и величину сопротивления заземлителя).

Также весьма малы собственное сопротивление металлического электрода-заземлителя и контактное сопротивление между ним и грунтом. Поэтому сопротивление R_ЗМ по сути является сопротивлением окружающих заземлитель объемов грунта. Последнее же (даже при большой длине одиночного электрода и малом удельном сопротивлении грунта) чаще всего недостаточно мало и не обеспечивает требуемого уменьшения потенциала j_ЗМ . Снижение величины R_ЗМ достигается применением группового заземлителя, состоящего из  нескольких, соединенных параллельно и расположенных для повышения эффективности использования (меньшего наложения зон растекания) на существенном расстоянии друг от друга.

Необходимо отметить, что при плохом состоянии изоляции либо с ростом протяженности сети с изолированной нейтралью эффективность защитного заземления падает из-за уменьшения Z_Ф и соответствующего увеличения тока замыкания на землю I_ЗМ , приводящего к росту j_ЗМ .

 Для сети с глухозаземленной нейтралью величина Z_Ф на j_ЗМ практически не влияет, так как после замыкания фазы на заземленный корпус образуется явный проводящий контур (на рис.1,б показан штриховой линией). Сопротивление заземления нейтрали источника во много раз меньше Z_Ф и соизмеримо по величине с сопротивлением заземления оборудования R_ЗМ . Поэтому ток в образовавшемся контуре велик, падение напряжения распределяется между заземлениями нейтрали источника и оборудования примерно поровну, а остаточный потенциал корпуса j_ЗМ будет равен приблизительно половине номинального фазного (при сетевом напряжении 380/220 В на корпусе «останется» порядка 110 В). Таким образом, в сетях с глухозаземленной нейтралью защитное заземление оборудования (без обеспечивающего автоматическое отключение зануления) гораздо менее эффективно и (при напряжениях до 1 кВ) до 2003 г. не применялось.