Ток от заземлителя растекается по земле по гиперболическому закону. Чем ближе к заземлителю, тем выше потенциал земли. Поэтому, если человек находится на заземлителе или рядом с ним, потенциал основания, на котором он стоит, практически равен потенциалу корпуса установки. При прикосновении рукой к корпусу напряжение, под которым будет находиться человек (разность потенциалов между рукой и ногами), приблизится к нулю, то есть ток пройдет через человека очень небольшой или равный 0. Такое заземление обеспечивает высокую степень электробезопасности и называется контурным.
В описанных выше примерах высокую степень безопасности может обеспечить только контурное заземление.
На промышленных предприятиях в электросетях с напряжением 380/220V с изолированной нейтралью даже выносное заземление обеспечивает высокую степень защиты от поражения электрическим током. Ток заземления будет стекать через изоляцию проводов на фазные провода, не замкнутые на корпус. Даже в протяженных и разветвленных сетях, электрическое сопротивление изоляции намного больше, чем сопротивление заземления нулевого провода в сетях с заземленной нейтралью. Поэтому напряжение тока, проходящего через заземление, будет существенно меньше.
В сетях с изолированной нейтралью заземление обеспечивает высокую степень злектробезопасности за исключением случаев нарушения изоляции двух фаз и короткого замыкания одной фазы на заземленный корпус, а второй на землю.
Как на практике можно использовать заземление? Вы хотите поработать с дрелью, но она старого образца — в металлическом корпусе. Такая дрель обладает повышенной электрической опасностью. Вы защищены от контакта с деталями дрели, находящимися под напряжением, только внутренней изоляцией, которая по известным уже вам причинам может нарушиться. Возьмите толстый электрический провод (можно без изоляции) и металлический штырь. С помощью шкурки, напильника или ножа зачистите концы провода и очистите штырь от ржавчины. Надежно соедините один конец провода с металлическим корпусом дрели (на корпусе для этого должен находиться специальный винт; если его нет — закрепите конец провода под один из винтов крепления корпуса), второй — со штырем, который воткните поглубже в землю рядом с тем местом, где вы будете стоять при работе (так, чтобы штырь достал влажный слой земли). Теперь, если корпус окажется под напряжением, основная доля тока стечет в землю через провод, так как его электрическое сопротивление значительно меньше сопротивления вашего тела. Если штырь воткнуть в землю рядом с местом работы, то руки и земля будут находиться практически под одним электрическим потенциалом. Вы можете даже не почувствовать протекания тока — настолько он будет мал.
Таким образом, правильно выполненное заземление значительно повышает безопасность использования электрического тока.
Б) Зануление и защитное отключение.
Так как заземление в наиболее распространенных сетях с заземленным нулевым проводом не обеспечивает надежной защиты человека от поражения электрическим током, вместо заземления или совместно с ним применяют другие методы защиты.
Кроме заземления для защиты от поражения электрическим током получили распространение такие методы, как зануление и устройство защитного отключения.
Зануление применяется в электрических сетях, имеющих заземленный нулевой провод. Зануление заключается в соединении металлических частей (например, корпуса) электрического прибора или установки с нулевым защитным проводом, который в свою очередь электрически соединяется с нулевым рабочим проводом. Как работает зануление? Предположим, в результате повреждения изоляции проводников тока корпус электрического прибора оказался под напряжением. Если корпус занулен, ток начинает стекать по нулевому защитному проводу — образуется замкнутая электрическая цепь. Для зануления годен провод с небольшим электрическим сопротивлением — то есть возникает очень большой ток короткого замыкания, который приводит к быстрому срабатыванию автоматических выключателей или перегоранию плавких предохранителей (пробок), тем самым к разрыву возникшей цепи и отключению поврежденной фазы. Таким образом, основной механизм защиты занулением заключается в ограничении времени воздействия тока на человека.
Как же выполнить зануление в однофазных бытовых электрических сетях, использующих один фазный и нулевой провода? Соединяются проводом (защитным проводником) с небольшим электрическим сопротивлением корпус электрического устройства (электроинструмента, электроприбора, светильника) и нулевой провод электросети. В бытовых электросетях нулевой провод часто снабжается наряду с фазным проводом автоматическим выключателем или плавким предохранителем. В этом случае защитный проводник необходимо присоединять к нулевому рабочему проводу перед предохранителем. Если подключить защитный проводник после предохранителя, то под действием тока короткого замыкания он может сработать или перегореть раньше предохранителя, установленного на фазном проводе. В результате цепь зануления разрывается, а корпус установки остается под напряжением, так как фазный предохранитель не успевает сработать, и фазный провод в результате нарушения изоляции остается соединенным с корпусом электрического устройства.
В) Защитное отключение — это система защиты, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электрическим током. Как вы уже знаете, опасность поражения электрическим током возникает при прикосновении к проводникам тока, уменьшении электрического сопротивления или нарушении изоляции фаз, при замыкании фазы на корпус, неисправностях заземления или зануления. При возникновении этих нарушений изменяются некоторые параметры электрической сети — например, потенциал корпуса относительно земли или электрическое сопротивление изоляции фаз. Работа защитного отключения заключается в следующем: чувствительный элемент (датчик) воспринимает значение контролируемого параметра сети и при отклонении этого параметра от допустимого значения подает сигнал на автоматический выключатель, который отключает электроустановку или обесточивает электросеть.
Основным элементом схемы является датчик, роль которого в данной схеме выполняет защитное реле (реле напряжения). Один контакт реле соединен с корпусом установки, а второй с выносным заземлением. При замыкании на корпус фазы он и защитное реле окажутся под напряжением. Если это напряжение превысит то, на которое расчитано (настроено) реле, оно срабатывает и размыкает цепь катушки питания, сердечник реле втягивается и размыкает цепь питания катушки автоматического выключателя. В результате электроустановка –отключается от сети.
Защитное отключение может применяться в сетях с изолированной и заземленной нейтралью; самостоятельно или в сочетании с заземлением или занулением.
Средства индивидуальной защиты от поражения электрическим током
К средствам индивидуальной защиты человека от поражения электрическим током относятся диэлектрические перчатки, галоши, боты, коврики, изолирующие подставки и монтерский слесарно-монтажный инструмент с изолированными рукоятками.
Диэлектрические перчатки, галоши, боты и коврики изготавливают из специальной диэлектрической резины, обладающей большим электрическим сопротивлением и хорошей эластичностью. Перчатки следует надевать на полную их глубину, натянув раструбом на рукава одежды. Не допускается спускать рукава одежды поверх перчаток. Галоши и боты используют для защиты от поражения шаговым напряжением при нахождении человека в зоне растекания электрического тока.
При повышенной электрической опасности следует использовать средства индивидуальной защиты; они увеличивают электрическое сопротивление цепи, в которую может быть включен человек, снижая величину тока, протекающего через него, до безопасной величины.
Вопросы выходного контроля.
1.Расскажите, как устроено заземление и в чем заключается принцип его действия?
2. Каким должно быть электрическое сопротивление заземляющего проводника?
3. Что такое выносное и контурное заземление? Почему контурное заземление обеспечивает большую, чем выносное степень электробезопасности?
4. Объясните, почему в наиболее распространенных бытовых электросетях с заземленным нулевым проводом заземление не обеспечивает достаточно эффективную защиту от поражения электрическим током?
5. В чем заключается принцип работы зануления и как оно выполняется?
6.Почему в электрических сетях с заземленным нулевым проводом применение зануления обеспечивает повышенную электробезопасность, чем заземление?
7. Где необходимо присоединять защитный проводник к нулевому проводу, если последний снабжен предохранителем, и почему?
8.В чем состоит принцип работы защитного отключения?
9.Предложите, как повысить безопасность электрических установок, используемых в техникуме, на даче, в гараже, с помощью заземления. Вместе с родителями или учителем выполните заземление.
10. Обратите внимание на электрическую проводку, розетки, выключатели, электрические приборы и установки. При обнаружении нарушения изоляции, целостности корпусов сообщите об этом родителям или учителю. С их помощью или в присутствии электрика с соблюдением требований безопасности устраните неисправности.
11. Прежде чем использовать электрическую установку или прибор, прочтите в прилагаемой инструкции раздел «Требования безопасности».
1.7.Защита от статического электричества.
Каждый из нас наверняка сталкивался со статическим электричеством. Заряды статического электричества часто образуются на одежде, особенно из синтетических материалов. Когда в сухую погоду вы снимаете одежду (рубашку, кофту, свитер) из синтетического материала, слышится потрескивание, а в темное время — заметны искры. Это разряды статического электричества. Если вы поднесете руку к экрану работающих телевизора или монитора компьютера, не оснащенных системами снятия статических зарядов, то услышите потрескивание и почувствуете покалывание в руке.