1. Захисне заземлення. Розрахунок. Принцип нормування.
1.1. Загальні відомості
Існують наступні способи захисту, вживані окремо або в поєднанні один з одним: захисне заземлення, занулення, захисне відключення, електричне розділення мереж різної напруги, застосування малої напруги, ізоляція токоведущих частин, вирівнювання потенціалів.
У електроустановках (ЕУ) напругою до 1000В з ізольованою нейтраллю і в електроустановках постійного струму з ізольованою середньою крапкою застосовують захисне заземлення у поєднанні з контролем ізоляції або захисне відключення.
У цих електроустановках мережа напругою до 1000В, пов'язану з мережею напругою вище 1000В через трансформатор, захищають від появи в цій мережі високої напруги при пошкодженні ізоляції між обмотками нижчої і вищої напруги пробивним запобіжником, який може бути встановлений в кожній фазі на стороні нижчої напруги трансформатора.
У електроустановках напругою до 1000В з глухо-заземленою нейтраллю або заземленою середньою крапкою в ЭУ постійного струму застосовується занулення або захисне відключення. У цих ЕУ заземлення корпусів електроприймачів без їх заземлення забороняється.
Захисне відключення застосовується як основний або додатковий спосіб захисту у випадку, якщо не може бути забезпечена безпека застосуванням захисного заземлення або занулення або їх застосування викликає труднощі.
При неможливості застосування захисного заземлення, занулення або захисного відключення допускається обслуговування ЕУ з ізолюючих майданчиків.
1.1.1 Напруга дотику
Напругою дотику називається напруга на корпусі електроустаткування з пошкодженою ізоляцією, до якого може доторкнутися людина. Ця напруга залежить від стану заземлення, відстані між людиною і заземлювачем, опори підстави, на якій коштує людина.
На (мал. 3а) показаний вплив положення людини відносне заземлювача при одиночному заземлювачі на величину напруги дотику. Напруга дотику максимальна в положенні 1 людини, коли він стоїть в зоні нульового потенціалу і стосується заземленого устаткування; дорівнює нулю в положенні 2, коли людина стоїть на заземлювачі або його проекціях на поверхню землі, в деякому проміжному положенні людини напругу дотику має проміжне значення, яке міняється від О до Uз.
SHAPE \* MERGEFORMAT Рис. 1. Зависимость напряжения прикосновения от расстояния между человеком и заземлителем при а) одиночном и б) групповом заземлителях:
Uпр – напряжение прикосновения.

На (мал. 1б) показана залежність напруги дотику від положення людини при груповому заземлювачі. В цьому випадку Uпp має найбільше значення в положенні 1 людини, коли він знаходиться між електродами заземлювача, найменше значення в положенні 2, коли він стоїть на заземлювачі або його проекціях на поверхню землі, в будь-якому проміжному положенні Uпр змінюється від 6 до максимального значення.
Таблиця 1. Межі питомих електричних опорів грунту
1.1.2 Напруга кроку
Напруга кроку виникає між ногами людини, що стоїть на землі, із-за різниці потенціалів на поверхні землі при розтіканні в землі струму замикання на землю. Напруга кроку відсутня, якщо людина стоїть або на лінії рівного потенціалу або поза зоною розтікання струму, тобто на відстані більше 20 м від заземлювача.
На мал. 4 показана залежність величини напруги кроку від відстані між людиною і одиночним заземлювачем. Напруга кроку найбільша в положенні 1 людини, коли він стоїть однією ногою на заземлювачі. У положенні людини між заземлювачами і зоною нульового потенціалу, коли крок направлений по радіусу до заземлювача, напругу кроку має проміжне значення.
SHAPE \* MERGEFORMAT Рис. 2. Величина напряжения шага в зависимости от расстояния между человеком и заземлителем:
Uш – напряжение шага.

Заземлення призначається для усунення небезпеки поразки людини електричним струмом під час дотику до нетоковедущим частин, що знаходяться під напругою. Це досягається шляхом зниження до безпечних меж напруги дотику і кроку за рахунок малого опору заземлювача. Областю застосування захисного заземлення є мережі змінного і постійного струму з ізольованою нейтраллю джерела напруги або трансформатора.
Не вимагають захисного заземлення електроустановки змінного струму напругою до 42В і постійного струму до 110В.
Величина опору заземляючого пристрою нормується «Правилами пристрою електроустановок» (ППУ). Ця величина для електроустановок до 1000В з ізольованою нейтраллю повинна бути не більше 4 Ом, а якщо потужність генераторів, що живлять мережу, або трансформаторів, або їх сумарна потужність не більше 100 кВт, то опір повинен бути не більше 10 Ом.
Для заземлення можуть бути використані деталі вже існуючих споруд, які називаються природними заземллювачами:
металеві і залізобетонні конструкції будівель і споруд, що знаходяться в зіткненні із землею;
металеві трубопроводи, прокладені в землі, за винятком трубопроводів горючих рідин і газів;
свинцеві оболонки кабелів, прокладених в землі;
обсадні труби свердловин і т.д.
Найменші розміри електродів штучних заземлювачів:
діаметр круглих електродів, мм
неоцинкованих...................................................10
оцинкованих ....................................................... 6
перетин прямокутних електродів, мм2 .......... 48
товщина прямокутних електродів, мм ............. 4
товщина полиць кутової сталі, мм .................... 4
Як заземляючі і нульові провідники, що сполучають корпуси устаткування із заземлювачами, можуть застосовуватися:
спеціальні провідники;
металеві конструкції устаткування і будівель;
сталеві труби електропроводок, алюмінієві оболонки кабелів;
металеві відкрито розташовані трубопроводи всіх призначень, за винятком трубопроводів для горючих рідин і газів, каналізації і центрального опалювання.
Забороняється використовувати як заземляючих і нульових провідників алюмінієві дроти для прокладки в землі, металеві оболонки трубчастих проводів, що несуть троси тросової проводки, металорукава, броню і свинцеві оболонки проводів і кабелів.
Провідники приєднують до корпусів устаткування зварбванням або болтовим з'єднанням із забезпеченням доступності для контролю або переробки при погіршенні контакту. Послідовне включення в ланцюг заземлення або занулення окремих корпусів устаткування забороняється.
При монтажі заземляючих пристроїв монтажною організацією контроль за роботами проводиться з боку замовника. При цьому окремо приймаються роботи, які згодом будуть приховані, і в цей час, а не після, підписуються акти на приховані роботи.
Монтажні організації здають замовникові всю документацію на заземляючі пристрої. На кожен пристрій заводиться паспорт, в якому наголошуються всі зміни, результати оглядів і вимірювань.
При перевірці стану заземлення періодично проводяться огляд видимої частини, перевірка ланцюга між заземлювачами і елементами, що заземляються, вимірювання опору заземляючого пристрою, вибірковий розтин грунту для огляду елементів, що знаходяться в землі.
1.2. Вимірювання опору заземляючого пристрою
Вимірювання зазвичай проводять за допомогою спеціального приладу — вимірника заземлень, наприклад, М-416, що працює на принципі амперметра, — вольтметра. При вимірюванні опору складного контура, що має найбільшу діагональ Д, струмовий електрод Eт розташовують на відстані 11 = 2Д від краю даного контура, а потенційний електрод En — по черзі на відстанях 0,4, 0,6, 0,51 фіксуючи показання приладу. Якщо опори, отримані при установці Еп на відстанях, 0,4 і 0,6l1 відрізняються не більше 10%, то приймають значення опору, отримане в положенні потенційного електроду на відстані 0,511 а якщо відмінність більше 10%, то або повторюють вимірювання при збільшенні відстані до Ет в 1.5...2 разу, або проводять вимірювання при зміні напряму струмового електроду.
Для вертикальних електродів, розташованих в ряд і сполучених смугою або для заземлювача, що складається із смуги, довжину смуги приймають за величину Д.
Струмовий електрод розташовують на відстані від краю випробовуваного заземлювача:
при Д > 40 м l2 = 2Д, при 10 м < Д <= 40 м l2 > 80 м
при Д<= 10 м l2 = 40 м.
Потенційний електрод розташовується на відстані 0,54. Вимірювання опору заземлення проводиться, коли воно має найбільші значення: для північних районів і середньої смуги — взимку при найбільшому промерзанні грунту, для південних районів — коли грунт найбільш сухий.
Під час приймально-здавальних випробувань зміряні значення опорі умножають на коефіцієнт сезонності, який береться з таблиці.
1.3. Технічні засоби захисту в електроустановках
1.3.1 Захисне заземлення
Заземленням (мал. 3) називається з'єднання із землею не лише металевих частин електроустаткування через металеві деталі, що закладаються в землю і звані заземлювачі, і деталі, що прокладаються між заземлювачами і корпусами електроустаткування, звані заземляючими провідниками. Провідники і заземлювачі зазвичай робляться з низковуглецевої сталі, званої в просторіччі залізом.
SHAPE \* MERGEFORMAT Рис. 3. Схема заземления в сети с изолированной нейтралью при наличии короткого замыкания:
Zc, Zв - полные сопротивления проводов относительно земли, Iк – ток короткого замыкания, F – разрядник.

Заземлювачі у вигляді штирів, що забиваються в землю, називаються електродами, і можуть бути одиночными або груповими. Заземлювач має характеристики, обумовлені стіканням по ньому струму в землю. До характеристик заземлювача відносяться:
напруга на заземлювачі;
зміна потенціалів крапок в землі навколо заземлювача залежно від їх відстані від заземлювача в зоні розтікання струму — вид потенційної кривої;
вид ліній рівного потенціалу — еквіпотенціальних ліній на поверхні землі;
опір заземляючого пристрою;
напруга дотику і кроку.
На (мал. 4) показана схема простого заземлювача у вигляді стрижня або труби, що забиваються в землю і вид потенційних кривих і еквіпотенціальних ліній.
SHAPE \* MERGEFORMAT Рис. 4. Распределение потенциалов у поверхности землив зоне растекания одиночного заземлителя:
1 – заземляющий проводник, 2 – заземлитель, 3 – эквипотенциальные линии.
0? – ось величин потенциала, 0х – ось расстояний до заземлителя, ?(х) – потенциальная кривая, Iз – ток в заземлителе, ?3 = U3 – напряжение на заземлителе.

При відстані менше 40 м між одиночними заземлювачами в груповому заземлювачі їх зони розтікання накладаються один на одного, і виходить одна зона розтікання групового заземлювача, якою відповідає своя потенційна крива.