При повреждении изоляции металлические части электроустановок и оборудования, обычно не находящиеся под напряжением, могут оказаться под полным рабочим напряжением. Прикосновение к ним человека связано с опасностью поражения электрическим током.
Одной из мер защиты людей в этих случаях является заземление, т. е. преднамеренное присоединение к земле (через заземляющую проводку и заземлитель, например вбитые в землю трубы) металлических частей электрооборудования и электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции. Сущность этой меры защиты заключается в следующем.
При повреждении изоляции через место замыкания в землю протекает ток. По пути протекания тока создается падение напряжения между оказавшейся под напряжением металлической частью и землей, при этом наибольшее значение имеет "напряжение относительно земли", т. е. напряжение между корпусом электроприемника и точками земли, находящимися вне зоны растекания токов в земле. Практически такие точки отстоят от сосредоточенного заземлителя на расстоянии 20 м и более (рис. 1).
Рис. 1. Кривая распределения напряжения относительно земли
Напряжение между двумя точками на пути протекания тока, к которым одновременно может прикоснуться человек (например, между корпусом электроприемника и тем местом, где стоит человек, или между ногами человека, идущего или стоящего в зоне растекания тока), называется «напряжением прикосновения» («шага»). Это напряжение будет всегда меньше «напряжения относительно земли».
В сетях с малыми токами замыкания на землю, т. е. там, где генераторы и трансформаторы работают с изолированной нейтралью или нейтралью, заземленной через компенсирующее сопротивление, безопасность персонала от прикосновения к металлическим частям, находящимся под напряжением, может быть достигнута путем выбора сопротивления заземления, при котором напряжение прикосновения будет находиться в допустимых пределах.
В сетях с большими токами замыкания на землю, т. е. там, где нейтраль трансформаторов или генераторов заземлена наглухо или через небольшое сопротивление, безопасность может быть обеспечена только путем возможно быстрого автоматического отключения поврежденного участка. Такое отключение должно осуществляться либо релейной защитой, либо аппаратами защиты (автоматическими выключателями или плавкими предохранителями). Соответствующим расположением заземлителей в целях выравнивания потенциалов можно добиться дополнительного снижения напряжений прикосновения и шага.
Заземляющие устройства, сооружаемые в основном для обеспечения условий безопасности персонала, должны удовлетворять также требованиям, обусловленным режимами сетей и защитой от перенапряжений.
Последовательное включение в заземляющий проводник заземляемых элементов установки не допускается, так как при изъятии какого-либо элемента установки для ремонта, замены и т. п. произойдет разрыв цепи заземления со всеми вытекающими отсюда последствиями.
При параллельном присоединении (т. е. посредством отдельных ответвлений) в этом случае сохраняется непрерывность цепи заземления (заземляющей магистрали). Заземление присоединенных к ней элементов установки не нарушается (рис. 2).
Рис. 2. Схемы присоединения заземленных электроприемников к заземляющей магистрали
Способы присоединения заземляющей проводки к заземляемым конструкциям, корпусам аппаратов, машин, к заземлителям и т. д., а также соединения заземляющих проводников между собой должны обеспечивать надежный контакт. Неудовлетворительное соединение может привести к нарушению функций, выполняемых заземляющим устройством.
Наибольшую надежность соединения обеспечивает сварка. Болтовое соединение применяется только в тех местах заземляющей проводки, где необходимо отсоединение от общей заземляющей сети, например при ремонтах или испытаниях. При наличии в этом случае сотрясений или вибрации должны быть приняты меры против ослабления контакта (контргайки, контрящие шайбы и т. п.).
Для обеспечения надежного соединения сболчиваемые поверхности тщательно зачищаются.
Сварка заземляющей проводки выполняется внахлестку с длиной шва, равной двойной ширине при прямоугольном сечении или шестикратному диаметру - при круглом сечении проводников.
Согласно Правилам устройства электроустановок при невозможности присоединения заземляющих проводников к трубопроводу (протяженный заземлитель) при помощи сварки допускается выполнение его при помощи хомутов, контактная поверхность которых должна быть облужена. Трубы в местах накладки хомутов должны быть зачищены.
Правилами устройства электроустановок также требуется, чтобы заземление оборудования, подвергающегося частному демонтажу или установленного на движущихся частях, выполнялось при помощи гибких проводников.