Для дальнейшего анализа эффективности защитного заземления рассмотрим явления, возникающие при растекании тока через окружающие заземлитель объемы грунта. Заземленный корпус и электрически соединенный с ним установленный в земле металлический электрод-заземлитель имеют практически один и тот же потенциал jЗМ . Этот потенциал имеют и объемы грунта, непосредственно контактирующие с заземлителем. По мере удаления от заземлителя потенциал основания (грунта, покрытия) jОСН уменьшается от значения jЗМ до нуля (т. е. нормального потенциала земли) на границе зоны растекания (где плотность тока становится ничтожно малой) по гиперболическому закону – см. рисунок 2. Считается, что при используемых на большинстве промышленных предприятий напряжениях питания радиус зоны растекания одиночного заземлителя не превышает 20 м [4].
Рис. 2. Распределение потенциала основания в зависимости от расстояния до заземлителя при замыкании фазы на заземленный корпус (система IT); напряжения шага UШ и прикосновения UПР:
1 – токопроводящий корпус электроустановки; 2 – заземляющий проводник; 3 – заземлитель
На рис. 2 показаны два человека, случайно прикоснувшиеся к металлическому корпусу 1 электроустановки, присоединенному заземляющим проводником 2 к заземлителю 3 (для упрощения рассуждений показан одиночный заземлитель). При этом произошло замыкание на корпус 1 одного из фазных проводников. Один из людей стоит непосредственно на штыре-заземлителе 3. Так как корпус 1 и заземлитель 3 соединены проводником 2, их электрические потенциалы равны между собой (jЗМ). Поэтому разность потенциалов (т. е. напряжение) к телу стоящего непосредственно на заземлителе человека не приложена, и поражения током не произойдет. Другой прикоснувшийся к тому же корпусу с потенциалом jЗМ человек (крайний слева) стоит на некотором удалении от заземлителя – там, где потенциал основания jОСН < jЗМ. К его телу приложена разность потенциалов, называемая напряжением прикосновения в зоне растекания:
UПР = jЗМ – jОСН (2)
Из рис. 2 и формулы (2) следует, что чем ближе находится коснувшийся аварийного корпуса человек к электроду-заземлителю, тем меньше напряжение прикосновения UПР. Максимального значения оно достигает на границе зоны растекания (далее не изменяясь) для одиночного заземлителя (UПР = jЗМ ). При использовании группового заземлителя наибольшей величина UПР становится на границе зон растекания соседних заземляющих электродов. Таким образом, наилучшую защиту при косвенном прикосновении обеспечивает размещение отдельных электродов-заземлителей непосредственно под ногами работающих, т. е. на площадке с оборудованием (и на меньшем расстоянии друг от друга).
В связи с этим различают выносное и контурное заземление.
При выносном заземлении заземлитель вынесен за пределы площадки (здания) с оборудованием (или сосредоточен только на ее части). Его преимуществом является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим удельным сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низине и т. д.), что позволяет обойтись меньшим их количеством. Недостаток выносного заземления – отдаленность заземлителя от защищаемой площадки с оборудованием (при этом напряжение прикосновения по всей занятой оборудованием площади максимально и равно остаточному потенциалу на корпусах jЗМ ). Поэтому данный тип заземления применяется лишь при малых значениях тока замыкания на землю (в системе IT при больших величинах ZФ) и только при напряжениях до 1 кВ.
При контурном заземлении отдельные заземляющие электроды размещают по контуру (периметру) площадки (здания) с оборудованием или даже распределяют по всей защищаемой площади равномерно. Это обеспечивает больший уровень безопасности за счет снижения величины UПР. Как для промышленных объектов, так и для административных и жилых зданий контурное заземление является не только предпочтительным, но и в большинстве случаев обязательным.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.