Для защиты людей от поражения электрическим током применяют: ограждения, блокировки, сигнализацию, размещают токоведущие части на недоступной высоте, применяют индивидуальные защитные средства (перчатки, галоши, коврики и т. п.), понижают напряжение, применяют двойную (усиленную) изоляцию электрооборудования, защиту от попадания высшего напряжения на сторону низшего, выравнивание потенциалов, защитное отключение, заземление и зануление.
Основным защитным устройством людей при прикосновениях к элементам электрооборудования, оказавшимся под напряжением при аварийных режимах, является заземление и зануление.
Корпусы электрических машин и аппаратов изолированы от расположенных в них токоведущих частей. При нормальном состоянии изоляции прикосновение человека к корпусам не представляет никакой опасности. Однако в случае порчи изоляции корпусы могут оказаться под напряжением, и человек, коснувшись их, может получить поражение током в той или иной степени.
В целях безопасности человека вследствие поражения током, корпусы электрических машин и аппаратов заземляют, т. е. металлически соединяют с заземлителями.
Назначение защитного заземления — снизить потенциал установки по отношению к земле до безопасной величины.
Соответствующим подбором сопротивления заземлителя можно довести напряжение прикосновения до такой величины, при которой ток, проходящий через тело человека, станет безопасным для его жизни.
Заземлители могут быть естественные и искусственные. Как естественные заземлители используют разнообразные металлоконструкции, которые имеют хороший контакт с землей: арматуры железобетонных конструкций, трубопроводы (кроме тех, что применяются для транспортировки горючих и взрывных жидкостей и газов), металлические оболочки кабелей (за исключением алюминиевых), обсадные трубы и т.п. В первую очередь, для заземления нужно использовать естественные заземлители, если они есть.
Искусственные заземлители представляют собой специально устроенные металлоконструкции из труб, забитых в землю. Вместо труб могут быть использованы более дешевые заземлители из уголковой стали.
Обычно устраивают сложные заземлители из нескольких (а иногда из большого количества) вертикальных электродов (трубы, уголки), которые соединяют параллельно металлической полосой, также являющейся электродом (рис.3).
Рис. 3. Схема размещения заземлителей (труб) группового заземления
Электроды такого заземлителя располагают на расстоянии друг от друга, обычно равном 1–3 длинам электрода, из-за чего возникает так называемое взаимное экранирование электродов. Явление экранирования происходит в результате наложения электрических полей при растекании тока в землю. Сопротивление каждого электрода при этом растет. Экранирование приводит к существенному увеличению их сопротивления.
Сопротивление заземляющего устройства в сетях с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом. В сетях с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660 В, 380 В и 220 В трехфазного тока, или 380, 220 и 127 В однофазного тока.
Сопротивление R, Ом, одиночного трубчатого заземлителя, верхний конец которого находится ниже поверхности земли определяется по формуле:
| (4) |
где ρр – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м;
l – длина заземлителя, м;
t – расстояние от середины заземлителя до поверхности земли, м;
d – наружный диаметр заземлителя, м.
Расчетное удельное сопротивление грунта определяют по формуле:
| (5) |
где К п – повышающий коэффициент, зависящий от климатической зоны;
ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м.
Расстояние t определяется длиной заземлителя l и расстоянием от поверхности земли до верхнего конца заземлителя h, м:
| (6) |
Ориентировочное число электродов n o в групповом заземлителе можно определить из соотношения:
| (7) |
где R доп – допустимое сопротивление заземляющего устройства.
Взаимное экранирование электродов учитывается коэффициентом использования (экранирования) заземлителей ηз (таблица 1) и полосы связи ηп (таблица 2).
Для нахождения коэффициентов использования заземлителей ηз задаются расположением электродов в групповом заземлителе (в ряд или по контуру) и расстоянием между электродами а, м.
Зная ориентировочное число электродов для группового заземлителя n o, определяют коэффициент использования заземлителей ηз (табл. 1). После этого находят число электродов n с учетом найденного ηз:
| (8) |
В соответствии с найденным числом электродов n уточняется коэффициент использования 
Таблица 1
Коэффициенты использования ηз вертикальных заземлителей
из труб или уголков
Сопротивление растеканию тока всех электродов в групповом заземлителе Rз определяют из выражения:
| (9 |
Сопротивление соединительной полосы R п, Ом, определяется по формуле:
| (10) |
где h 1 – расстояние от поверхности земли до полосы связи, м;
l п – длина полосы связи, м;
b – ширина полосы связи, м.
Длину полосы связи l п, м, объединяющую все отдельные заземлители в один общий заземлитель, можно найти из выражения:
при размещении заземлителей в ряд:
| (11) |
при размещении заземлителей по замкнутому контуру:
| (12) |
где а – принятое расстояние между заземлителями, м;
Определяем сопротивление соединительной полосы 
с учётом коэффициента использования полосы 
(таб. 2):
| (13) |
Таблица 2
Коэффициенты использования соединительной полосы для заземлителей из труб или уголков
Определяют общее сопротивление заземляющего устройства и соединительной полосы по формуле и проверяют, соответствует ли оно нормативному значению:
| (14) |
Пример 4.
Исходные данные:
| Но- мер вари-анта | Грунт | Уд. сопро- тивле- ние грунта, Ом*м | Размеры заземляющего устройства | Ши- рина соед. полосы связи, b, м | Повы- шающ. коэф., Кп | |||
| длина зазем- лителя, l, м | нар. диаметр зазем- лителя, d,м | расст. между зазем- лит. а, м | расст. до пов. земли, h1, м | |||||
| Глина | 2,5 | 0,025 | 2,5 | 0,7 | 0,012 | 2,0 |
Электрическая сеть с изолированной нейтралью 380/220 В.
Электроды расположены в ряд.
1. Определяем сопротивление одиночного трубчатого заземлителя R, Ом:
,
где ρр – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м;
l – длина заземлителя, м (исходные данные);
t – расстояние от середины заземлителя до поверхности земли, м;
d – наружный диаметр заземлителя, м (исходные данные).
Расчетное удельное сопротивление грунта определяют по формуле:
,
где К п – повышающий коэффициент, зависящий от климатической зоны
(исходные данные);
ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м (исходные данные).
Расстояние t определяется длиной заземлителя l и расстоянием от поверхности земли до верхнего конца заземлителя h, м (исходные данные):
,
2. Ориентировочное число электродов n o в групповом заземлителе определяем из соотношения:
,
где R доп – допустимое сопротивление заземляющего устройства.
3. Зная ориентировочное число электродов для группового заземлителя n o=7 с учётом заданного расположения электродов (электроды расположены в ряд) и отношения а/l=1 ( 2,5/2,5=1), определяем коэффициент использования заземлителей ηз (табл. 1) методом линейной интерполяции:
| Число электродов | |||
| Значение ηз | 0,65 | ηз | 0,59 |
После этого находят число электродов n с учетом найденного ηз:
,
В соответствии с найденным числом электродов n уточняется коэффициент использования методом линейной интерполяции:
| Число электродов | |||
| Значение
| 0,59 |
| 0,52 |
4. Определяем сопротивление всех электродов в групповом заземлителе Rз:
5. Сопротивление соединительной полосы R п, Ом, определяется по формуле:
,
где h 1 – расстояние от поверхности земли до полосы связи, м (исходные данные);
l п – длина полосы связи, м;
b – ширина полосы связи, м (исходные данные).
Длину полосы связи l п, м, объединяющую все отдельные заземлители в один общий заземлитель при размещении заземлителей в ряд, находим из выражения:
,
где а – принятое расстояние между заземлителями, м (исходные данные);
6. Определяем сопротивление соединительной полосы с учётом коэффициента использования полосы (таб. 2):
,
Коэффициент использования полосы находим методом линейной интерполяции:
| Число электродов | |||
Значение 
| 0,62 |
| 0,42 |
7. Определяем общее сопротивление заземляющего устройства и соединительной полосы и проверяем, соответствует ли оно нормативному значению:
Вывод. Результат расчёта показывает, что полученное значение сопротивления защитного заземления ниже нормативного значения, следовательно, заземление будет эффективно.
Практическая часть
Задание 1. Рассчитать силу тока, проходящего через человека, в случаях однофазного и двухфазного включения в трехфазную сеть с изолированной нейтралью и трехфазную четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы (исходные данные, примеры 1, 2, 3). Заполнить таблицу:
| Исходные данные | Трехфазная сеть с изолированной нейтралью | Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью | |||
| Значение тока при однофазном включении, А | Значение тока при двухфазном включении, А | Значение тока при однофазном включении, А | Значение тока при двухфазном включении, А | ||
| Uф, В | |||||
| Rh, Ом | |||||
| Rп, Ом | |||||
| Rоб, Ом | |||||
| R0, Ом | |||||
| Rиз, Ом |
Сделать вывод, в котором:
- определить характер воздействия электрического тока на организм человека;
- проанализировать для каждого случая факторы, влияющие на исход поражения током;
- сравнить электрические сети с заземленной и изолированной нейтралью по степени опасности поражения электрическим током человека при нормальном режиме работы.
Задание 2. В соответствии с заданным вариантом (исходные данные) рассчитать заземляющее устройство с заземлителями типа «труба» (нечетные варианты – при размещении заземлителей в ряд, четные – по замкнутому контуру). Электрическая сеть с изолированной нейтралью 380/220 В. Естественные заземлители вблизи отсутствуют. Результаты расчёта представить в таблице:
| Число заземлителей, шт | Длина соединительной полосы, м | Сопротивление одного заземлителя, Ом | Коэффициент использования заземлителя | Сопротивление полосы, Ом | Коэффициент использования полосы | Общее сопротивление, Ом |
Контрольные вопросы
1. Какой ток называется ощутимым? неотпускющим? фибрилляционным?
2. Что называется электрической травмой?
3. Что называется электрическим ударом?
4. Какие факторы влияют на исход поражения человека током?
5. Что применяется для защиты людей от поражения электрическим током?
6. Что используют в качестве естественных заземлителей?
7. Как устроены искусственные заземлители?
Литература
1. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие для бакалавров техн. направлений подготовки очной формы обучения / Е.Н. Бельская, Е. В. Кузнецов, А. Г. Кучкин и др.; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. – Красноярск, 2014. – 260 с.
2. Ильин, А. В.Практические работы по безопасности жизнедеятельности: учеб.пособие / А. В. Ильин, Н. О. Сиволобова, Л. А. Ильина. – Волгоград:ИУНЛ ВолгГТУ, 2012. – 47 с.
3. Агунов М.В., Маслаков М.Д., Пелех М.Т. Пожарная безопасность электроустановок: учебник. — СПб.:Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России, 2012. — 292 с.
Исходные данные
Задание 1
| Вариант | ||||||||||||
| Uф, В | ||||||||||||
| Rh, кОм | ||||||||||||
| Rп, кОм | 0,05 | 0,5 | 0,1 | |||||||||
| Rоб, кОм | ||||||||||||
| R0, Ом | ||||||||||||
| Rиз, кОм | ||||||||||||
| Вариант | ||||||||||||
| Uф, В | ||||||||||||
| Rh, кОм | ||||||||||||
| Rп, кОм | 0,5 | 1,5 | 0,05 | 2,5 | 0,8 | |||||||
| Rоб, кОм | 0,5 | 0,5 | ||||||||||
| R0, Ом | ||||||||||||
| Rиз, кОм |
Задание 2.
| Но- мер вари-анта | Грунт | Уд. сопро- тивле- ние грунта, Ом*м | Размеры заземляющего устройства | Ши- рина соед. полосы связи, b, м | Повы- шающ. коэф., Кп | |||
| длина зазем- лителя, l, м | нар. диаметр зазем- лителя, d,м | расст. между зазем- лит. а, м | расст. до пов. земли, h1, м | |||||
| Глина | 2,6 | 0,026 | 2,5 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Глина | 2,6 | 0,033 | 2,6 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Глина | 2,8 | 0,042 | 2,7 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Глина | 3,0 | 0,048 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Суглинок | 2,5 | 0,026 | 3,0 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Суглинок | 2,6 | 0,033 | 2,5 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Суглинок | 2,8 | 0,042 | 2,6 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Суглинок | 3,0 | 0,048 | 2,7 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Песок | 2,5 | 0,026 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Песок | 2,6 | 0,033 | 3,0 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Песок | 2,8 | 0,042 | 2,5 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Песок | 3,0 | 0,048 | 2,6 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Супесок | 2,5 | 0,026 | 2,7 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Супесок | 2,6 | 0,033 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Супесок | 2,8 | 0,042 | 3,0 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Супесок | 3,0 | 0,048 | 2,5 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Чернозём | 2,5 | 0,026 | 2,6 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Чернозём | 2,6 | 0,033 | 2,7 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Чернозём | 2,8 | 0,042 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 2,0 | ||
| Чернозём | 3,0 | 0,048 | 3,0 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Глина | 3,0 | 0,048 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Суглинок | 2,6 | 0,042 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 1,5 | ||
| Песок | 3,0 | 0,033 | 2,8 | 0,8 | 0,012 | 1,4 | ||
| Чернозём | 2,6 | 0,026 | 2,5 | 0,8 | 0,012 | 2,0 |