Существует два вида заземления: искусственное и естественное. Роль естественного заземления выполняют части металлических конструкций объекта, постоянно находящиеся в земле: арматура фундамента, водопровод, обсадные трубы и т.д. Искусственное заземление — это отдельная самостоятельная конструкция, монтирующаяся в землю. Практически каждый подрядчик сталкивается с вопросом при установке заземления, какой заземлитель лучше: искусственный или естественный?
Для ответа на данный вопрос обратимся к нормативным документам, а именно к пунктам 1.7.54 и 1.7.109 “Правил Устройства Электроустановок” (ПУЭ). Здесь мы видим ответ: для заземления подойдут как естественные, так и искусственные заземлители. Давайте выясним, в каких случаях правильнее применить тот или иной способ? Разберем подробнее каждый из вариантов.
Вариант 1. Естественный заземлитель
Если вы решили использовать естественный заземлитель, то вам нужно знать о многих факторах: типе фундамента объекта, его материале, а также об агрессивности грунта. В разделе ПУЭ 1.7.109 изложены варианты конструкций объекта, которые можно применить в качестве заземлителя. Самым распространенным из них является фундамент. Различают несколько видов фундамента: ленточный, столбчатый, свайный и плитный. Выбор основы зависит от плотности грунта, сейсмической активности, рельефа поверхности, уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунта. В качестве материала используют: арматуру, бетон, кирпич, дерево, бут, асбестоцементные или металлические трубы. Подробную информацию о фундаменте можно найти в нормативной документации (СНБ 5.01.01-99 Основания и фундаменты зданий и сооружений). Таким образом, при решении использования вашего фундамента в качестве заземлителя, нужно удостовериться, что он имеет электрически связанные металлические части.
Все элементы естественного заземлителя должны быть объединены в общий контур и контактировать с землей для отвода токов непосредственно или через бетон. Также, выбранный заземлитель должен удовлетворять требованиям ПУЭ касательно величины площади поперечного сечения проводника (Таблица 1.7.4). В процессе эксплуатации естественного заземлителя, нельзя допустить разрушение его структуры или нарушение работы устройств, связанных с ним.
Не допускаются в качестве заземлителя трубы канализации и центрального отопления, а также трубопроводы для горючих и взрывоопасных смесей. Трубы легко поддаются коррозии металла, разрывая при этом электрический контакт. Данный вид заземления безусловно более экономичный: не требует затрат на материалы, монтаж и демонтаж заземляющего устройства, но в ходе его длительной эксплуатации, ремонт поврежденных участков будет стоить не меньше, чем установка отдельного заземления.
Естественный заземлитель
Вариант 2. Искусственный заземлитель
Представляет собой совокупность электродов, установленных в земле и объединенных с электрооборудованием с помощью заземляющего проводника. В качестве материала электродов применяют омедненную сталь, оцинкованную сталь или черные металлы:
-
Омедненная сталь — имеет наиболее высокую электропроводность и сцепление с различными материалами. Соединение меди и стали крепче, чем с цинком, поэтому омедненные стержни прочнее, чем оцинкованные. Медь менее электрохимически активная, чем цинк и сталь, что увеличивает срок службы до 100 лет.
-
Оцинкованная сталь — коррозионностойкий материал с низким удельным сопротивлением. Электроды из данного металла имеют высокую устойчивость к кислотным средам со средним сроком службы 30 лет.
-
Черные металлы — имеют высокую механическую прочность, но быстро разрушаются при эксплуатации в агрессивной среде грунта, образуя ржавчину и коррозию. И, как следствие, получаем высокое сопротивление растекания тока, представляющее опасность для жизни человека.
Размеры проводников должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Множество вариантов установки заземляющего устройства помогает обеспечить нужную площадь контакта поверхности заземлителя с грунтом, что в свою очередь позволяет влиять на значение сопротивления растеканию тока. Преимуществом искусственного заземлителя является то, что его можно установить глубоко в землю, где удельное сопротивление ниже за счет грунтовых вод, которые стекают вниз. Это обеспечивает стабильность итогового сопротивления.
Искусственный заземлитель
Подведем итоги: можно выбрать в качестве заземлителя любой из описанных выше вариантов, главное подойти к данному вопросу ответственно. Для безопасности вашего дома и продолжительного срока службы, выбирайте заземление с антикоррозионным покрытием, изготовленным в соответствии с нормативными правилами. Позвоните или напишите в наш Технический центр и мы подберем для вашего объекта нужный комплект заземления.
www.zandz.ru
Преимущества
Естественные заземлители не делают специально, а применяют то, что есть под рукой. Для того чтобы использоваться металлические конструкции в роли заземлителей, они должны полностью соответствовать требованиям, предъявляемым правилами для электроустановок.
Естественный заземлитель можно сочетать с искусственным. Такая схема применяется, когда требуется отвести большие токи. Искусственный заземлитель будет направлять ток к естественному, по которому он уйдет в грунт.
Естественные контуры применяются достаточно часто без искусственных, сами по себе. Благодаря такому подходу обеспечивается не только безопасная работа, но и происходит значительная экономия материалов, расходуемых на обустройство заземляющего контура.
Так как конструкция уже существует, не требуется монтировать что-то еще, благодаря этому можно значительно сузить временные рамки, отведенные на монтаж, использовать простое, недорогое приспособление.
Как происходит соединение
Вне зависимости от того, какой естественный заземляющий контур используется (железобетонная конструкция, рельсы, металлические трубы, арматура), важно при соединении элементов заземления создать непрерывную электрическую цепь. Она должна проходить по металлическим поверхностям. При использовании железобетонных изделий происходит более сложная подготовка, так как требуется предусмотреть металлические закладки. Если используется здание, такие закладки нужно делать на каждом этаже.
Закладки являются элементами, благодаря которым происходит соединение электрического оборудования с цепью. Сюда же можно подключить любое технологическое оборудование, находящееся внутри или снаружи здания, и таким образом заземлить его. Многие бетонные конструкции оснащены ушками из арматуры, имеют в качестве соединительных деталей сварочные швы или болты.
Такие выступы можно использовать для создания цепи без использования дополнительных металлических деталей. При отсутствии подобных соединений монтажники пользуются гибкими перемычками, которые можно приварить к металлическим конструкциям.
Внимание! Перемычки не должны быть в сечении меньше 100 мм2.
Что нельзя использовать
При монтаже рабочего заземления нельзя применять некоторые железобетонные конструкции, поскольку они могут не соответствовать требованиям безопасности. Например, если фундамент сборный, он не подходит в качестве естественного заземлителя, так как вряд ли удастся создать непрерывную цепь.
В этом случае лучше использовать арматуру блоков, расположенных близко друг к другу. Только после такой операции можно будет преступать к сооружению естественного заземления.
При невозможности по каким-либо причинам создать такой контур лучше отказаться от использования естественного заземлителя и создать искусственную цепь.
Запрещено применять в качестве заземлителя стоковые трубы (канализацию), поскольку на стыках у них слабый электрический контакт.
Железобетонные стойки на подстанциях можно использовать только в том случае, если они были сделаны с использованием специального бетона (электротехнического).
Использование фундамента
При создании контура необходимо знать, как происходит соединение железобетонных элементов здания. Например, фундамент чаще всего соединяется с остальными элементами путем сваривания арматуры. Если фундамент выполнен из свай, соединение арматуры фундаментных блоков с ними или свай с ростверком можно осуществить при помощи электросварки. Стоит обратить внимание на то, что такой способ не подходит для соединения каркасов из металла и пространственных колонн. Их соединение выполняют при помощи точечной сварки.
В качестве заземлителя не всегда можно использовать фундамент из железобетона. Применять такой контур можно лишь в случаях, когда влажность почвы не ниже 3 %. При меньшей влажности сопротивление фундамента будет слишком высоким, что не позволит применить его для устройства контура.
Фундамент подходит в качестве заземляющего контура, если находится в слабоагрессивной среде. Например, к такому воздействию относится наличие грунтовых вод с низкой жесткостью. Хорошо подходят фундаменты, не имеющие гидроизоляции, либо поверхность которых защищена битумом. При этом нельзя применять фундамент из железобетона, находящийся в непосредственном контакте с агрессивной средой. Такое воздействие приведет к коррозии его элементов. Существуют конструкции, в которые включена напрягаемая арматура, они также не подходят для создания естественного заземляющего контура.
При внимательном осмотре здания можно решить, подходит его фундамент или другие элементы для создания заземления или нет. Стоит отметить, что большинство бетонных конструкций таким требования отвечают, поэтому никакой необходимости создавать искусственное заземление не возникает. Благодаря этой особенности бетонных сооружений не придется производить большие затраты на провода. Все они будут находиться внутри здания, что позволит сэкономить на их длине, и это значительно снизит расходы на материалы.
evosnab.ru
Защитное заземление и зануление
Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Цель защитного заземления — снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие,- ток, проходящий через тело человека, при его прикосновении к корпусам.
Применяется также заземление электрооборудования, зданий и сооружений для защиты от действия атмосферного электричества.
Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а в сетях напряжением 1000 В и выше — с любым режимом нейтрали.
Заземляющее устройство
Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.
Различают естественные и искусственные заземлители.
Для заземляющих устройств в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители:
- водопроводные трубы, проложенные в земле;
- металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие
- надежное соединение с землей;
- металлические оболочки кабелей (кроме алюминиевых);
- обсадные трубы артезианских скважин.
Запрещается в качестве заземлителей использовать трубопроводы с горючими жидкостями и газами, трубы теплотрасс.
Естественные заземлители должны иметь присоединение к заземляющей сети не менее чем в двух разных местах.
В качестве искусственных заземлителей применяют:
- стальные трубы диаметром 3-5 см, толщиной стенок 3,5 мм,
- длиной 2-3 м;
- полосовую сталь толщиной не менее 4 мм;
- угловую сталь толщиной не менее 4 мм;
- прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.
Для искусственных заземлителей в агрессивных почвах (щелочных, кислых и др.), где они подвергаются усиленной коррозии, применяют медь, омедненный или оцинкованный металл.
В качестве искусственных заземлителей нельзя применять алюминиевые оболочки кабелей, а также голые алюминиевые проводники, так как в почве они окисляются, а окись алюминия — это изолятор.
Каждый отдельный проводник, находящийся в контакте с землей, называется одиночным заземлителем. или электродом. Если заземли- тель состоит из нескольких электродов, соединенных между собой параллельно, он называется групповым заземлителем.
Для погружения в землю вертикальных электродов предварительно роют траншею глубиной 0,7-0,8 м, после чего забивают трубы или уголки с помощью механизмов. Стальные стержни диаметром 10-12 мм заглубляют в землю с помощью специального приспособления, а более длинные — с помощью вибратора. Верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяют стальной полосой методом сварки.
Устройство защитного заземления может быть осуществлено двумя способами: контурным расположением заземляющих проводников и выносным.
При контурном размещении заземлителей обеспечивается выравнивание потенциалов при однофазном замыкании на землю. Кроме того, благодаря взаимному влиянию заземлителей уменьшается напряжение прикосновения и напряжение шага в защищаемой зоне. Выносные заземления этими свойствами не обладают. Зато при выносном способе размещения есть выбор места для заглубления заземлителей.
В помещениях заземляющие проводники следует располагать таким образом, чтобы они были доступны для осмотра и надежно защищены от механических повреждений. На полу помещений заземляющие проводники укладывают в специальные канавки. В помещениях, где возможно выделение едких паров и газов, а также с повышенной влажностью заземляющие проводники прокладывают вдоль стен на скобах в 10 мм от стены.
Каждый корпус электроустановки должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления. Последовательное включение нескольких заземляемых корпусов электроустановок в заземляющий проводник запрещается .
Сопротивление заземляющего устройства представляет собой сумму сопротивлений заземлителя относительно земли и заземляющих проводников.
Сопротивление заземлителя относительно земли есть отношение напряжения на заземлителе к току, проходящему через заземлитель в землю.
Величина сопротивления заземлителя зависит от удельного сопротивления грунта, в котором заземлитель находится; типа размеров и расположения элементов, из которых заземлитель выполнен; количества и взаимного расположения электродов.
Величина сопротивления заземлителей может изменяться в несколько раз в зависимости от времени года. Наибольшее сопротивление заземлители имеют зимой при промерзании грунта и в засушливое время.
Наибольшее допустимое значение сопротивления заземления в установках до 1000 В: 10 Ом — при суммарной мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее, 4 Ом — во всех остальных случаях.
Указанные нормы обосновываются допустимой величиной напряжения прикосновения, которая в сетях до 1000 В не должна превышать 40 В.
В установках свыше 1000 В допускается сопротивление заземления R3 <= 125/I3 Ом, но не более 4 Ом или 10 Ом.
В установках свыше 1000 В с большими токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства не должно быть более 0,5 Ом для обеспечения автоматического отключения участка сети в случае аварии.
Зануление и защитное отключение
Зануление — это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.
Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым — автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов коротких замыканий; магнитные пускатели со встроенной тепловой зашитой; контакторы с тепловым реле и другие приборы.
При пробое фазы на корпус ток идет по пути «корпус — нулевой провод — обмотки трансформатора — фазный провод — предохранители». Ввиду того что сопротивление при коротком замыкании мало, сила тока достигает больших величин и предохранители срабатывают.
Назначение нулевого провода в электрической сети — обеспечить необходимую для отключения электроустановки величину тока короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.
Нулевой провод должен быть проложен так, чтобы исключить возможность обрыва; в нулевом проводе запрещается ставить предохранители, выключатели и другие приборы, способные нарушить его целостность. Проводимость нулевого провода должна составлять не менее 50% проводимости фазного провода. В качестве нулевых защитных проводников применяют голые или изолированные проводники, стальные полосы, алюминиевые оболочки кабелей, различные металлоконструкции зданий и др.
Контроль зануления электрооборудования производится при его приемке в эксплуатацию, а также периодически в процессе эксплуатации. Один раз в пять лет должно производиться измерение полного сопротивления петли «фаза-нуль» для наиболее удаленных, а также наиболее мощных электроприемников, но не менее 10% их общего количества.
Защитное отключение является частным случаем защитного зануления. В отличие от зануления, защитное отключение может применяться в любых сетях независимо от принятого режима нейтрали, величины напряжения и наличия в них нулевого провода.
Защитное отключение — это система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижении сопротивления изоляции, неисправности заземления или зануления). Защитное отключение применяется в том случае, когда трудно выполнить заземление или зануление, а также в дополнение к ним в некоторых случаях.
В зависимости оттого, что является входной величиной, на изменение которой реагирует защитное отключение, выделяют следующие схемы защитного отключения: на напряжение корпуса относительно земли; на ток замыкания на землю; на напряжение или ток нулевой последовательности; на напряжение фазы относительно земли; на постоянный и переменный оперативные токи; комбинированные.
Защитное отключение осуществляется при помощи автоматических выключателей, снабженных специальным реле защитного отключения. Время срабатывания защитного отключения — не более 0,2 с.
Безопасность жизнедеятельности/ Заземление
Предупреждение. статья носит чисто информативный характер и не является нормативным документом. При выполнении работ, связанных с электричеством, следует руководствоваться Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).
Заземление — это преднамеренное соединение нетоковедущих элементов оборудования, которые в результате пробоя изоляции могут оказаться под напряжением, с землёй. Заземление состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемое устройство с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. Качество заземления определяется значением электрического сопротивления цепи заземления, которое можно снизить, увеличивая площадь контакта или проводимость среды — используя множество стержней, повышая содержание солей в земле и т.д. Как правило, электрическое сопротивление заземления нормируется. Главный заземляющий зажим. Для сведения к минимуму электромагнитных помех и обеспечения электробезопасности заземление следует выполнять с минимальным количеством замкнутых контуров. Обеспечение этого условия возможно при выполнении так называемого главного заземляющего зажима (ГЗЗ), или шины. Главный заземляющий зажим должен быть расположен как можно ближе к входным кабелям питания и связи и соединен с заземлителем (заземлителями) проводником наименьшей длины. Такое расположение ГЗЗ обеспечивает наилучшее выравнивание потенциалов и ограничивает наведенное напряжение от индустриальных помех, грозовых и коммутационных перенапряжений, приходящее извне по экранам кабелей связи, броне силовых кабелей, трубопроводам и антенным вводам. К ГЗЗ (шине) должны быть присоединены:
проводники главной системы уравнивания потенциалов;
проводники рабочего заземления (если оно необходимо).
С главным заземляющим зажимом (шиной) должны быть соединены заземлители защитного и рабочего (технологического, логического и т. п.) заземления, заземлители молниезащиты и др. Подробно правила и требования устройства ГЗЗ изложены в ПУЭ. Открытая токопроводящая часть – доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции. К открытым проводящим частям относятся металлические корпуса электрооборудования. Токоведущая часть – электропроводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением. Косвенное прикосновение – электрический контакт людей и животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. То есть это прикосновение к металлическому корпусу электрооборудования при пробое изоляции на корпус.
Проводники защитного заземления во всех электроустановках, а также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе шины, должны иметь буквенное обозначение РЕ и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) желтого и зеленого цветов. Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах.[1] Графические символы, используемые для обозначения проводников на схемах:
Буквенные обозначения системы заземления
Первая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления источника питания:T – непосредственное соединения нейтрали источника питания с землёй; I – все токоведущие части изолированы от земли. Вторая буква определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания:T – непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, независимо от характера связи источника питания с землёй; N – непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с точкой заземления источника питания. Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют характер этой связи – функциональный способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников:S – функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками; C – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN.
Ошибки в устройстве заземления
Неправильные PE-проводники Иногда в качестве заземлителя используют водопроводные трубы или трубы отопления, однако их нельзя использовать в качестве заземляющего проводника.[2] В водопроводе могут быть непроводящие вставки (например, пластиковые трубы), электрический контакт между трубами может быть нарушен из-за коррозии, и, наконец, часть трубопровода может быть разобрана для ремонта.
Объединение рабочего нуля и PE-проводника Другим часто встречающимся нарушением является объединение рабочего нуля и PE-проводника за точкой их разделения (если она есть) по ходу распределения энергии.[3] Такое нарушение может привести к появлению довольно значительных токов по PE-проводнику (который не должен быть токоведущим в нормальном состоянии), а также к ложным срабатываниям устройства защитного отключения (если оно установлено).
Неправильное разделение PEN-проводника Крайне опасным является следующий способ «создания» PE-проводника: прямо в розетке определяется рабочий нулевой проводник и ставится перемычка между ним и PE-контактом розетки. Таким образом, PE-проводник нагрузки, подключенной к этой розетке, оказывается соединенным с рабочим нулем. Опасность данной схемы в том, что на заземляющем контакте розетки, а, следовательно, и на корпусе подключенного прибора появится фазный потенциал, при выполнении любого из следующих условий:
Разрыв (рассоединение, перегорание и т.д.) нулевого проводника на участке между розеткой и щитом (а также далее, вплоть до точки заземления PEN-проводника);
Перестановка местами фазного и нулевого (фазный вместо нулевого и наоборот) проводников, идущих к этой розетке.
Защитная функция заземления
Принцип защитного действия Защитное действие заземления основано на двух принципах:
Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО ).
Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием УЗО. В этом случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземленных предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный участок сети будет отключен в течение очень короткого времени (десятые-сотые доли секунды — время срабатывания УЗО). Работа заземления при неисправностях электрооборудования Типичный случай неисправности электрооборудования — попадание фазного напряжения на металлический корпус прибора вследствие нарушения изоляции[4]. Следует отметить, что современные электроприборы, имеющие импульсный источник вторичного электропитания, и снабжённые трёх-полюсной вилкой (такие как системный блок ПЭВМ), при отсутствии заземления имеют опасный потенциал на корпусе, даже когда они полностью исправны.[5] В зависимости от того, какие защитные мероприятия реализованы, возможны следующие варианты:
Корпус не заземлен, УЗО отсутствует (наиболее опасный вариант). Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это никак не будет обнаружено. Прикосновение к такому неисправному прибору может быть смертельно опасным.
Корпус заземлен, УЗО отсутствует. Если ток утечки по цепи фаза-корпус-заземлитель достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то предохранитель сработает и отключит цепь. Наибольшее действующее напряжение (относительно земли) на заземленном корпусе составит Umax=RG•IF, где RG − сопротивление заземлителя, IF − ток, при котором срабатывает предохранитель, защищающий эту цепь. Данный вариант недостаточно безопасен, так как при высоком сопротивлении заземлителя и больших номиналах предохранителей потенциал на заземленном проводнике может достигать довольно значительных величин. Например, при сопротивлении заземлителя 4 Ом и предохранителе номиналом 25 А потенциал может достигать 100 вольт.
Корпус не заземлен, УЗО установлено. Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это не будет обнаружено до тех пор, пока не возникнет путь для прохождения тока утечки. В худшем случае утечка произойдет через тело человека, коснувшегося одновременно неисправного прибора и предмета, имеющего естественное заземление. УЗО отключает участок сети с неисправностью, как только возникла утечка. Человек получит лишь кратковременный удар током (0,01÷0,3 секунды — время срабатывания УЗО), как правило, не причиняющий вреда здоровью.
Корпус заземлен, УЗО установлено. Это наиболее безопасный вариант, поскольку два защитных мероприятия взаимно дополняют друг друга. При попадании фазного напряжения на заземленный проводник ток течет с фазного проводника через нарушение изоляции в заземляющий проводник и далее в землю. УЗО немедленно обнаруживает эту утечку, даже если та весьма незначительна (обычно порог чувствительности УЗО составляет 10 мА или 30 мА), и быстро (0,01÷0,3 секунды) отключает участок сети с неисправностью. Помимо этого, если ток утечки достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то может также сработать и предохранитель. Какое именно защитное устройство (УЗО или предохранитель) отключит цепь — зависит от их быстродействия и тока утечки. Возможно также срабатывание обоих устройств.
Разновидности систем заземления
В России требования к заземлению и его устройство регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2 рассматривает следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.
Система TN Нейтраль источника глухо заземлена, корпусы электрооборудования присоединены к нейтральному проводу. Режим TN может быть трех видов: TN-C, TN-S, TN-C-S. Система TN-C Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combine) предложена немецким концерном АЭГ (AEG, Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник (Protection Earth) в этой системе совмещены в один провод. Самым большим недостатком было образование линейного напряжения (в 1,732 раза выше фазного) на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля. Несмотря на это, на сегодняшний день можно встретить данную систему заземления в постройках стран бывшего СССР. Система TN-S На замену условно опасной системы TN-C в 1930-х была разработана система TN-S (фр. Terre-Neutre-Separe), рабочий и защитный ноль в которой разделялись прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой довольно сложную конструкцию металлической арматуры. Таким образом, при обрыве рабочего нуля в середине линии, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Позже такая система заземления позволила разработать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные почувствовать незначительный ток. Их работа и по сей день основывается на законах Кирхгофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току. Также можно наблюдать систему TN-C-S, где разделение нулей происходит в середине линии, однако в случае обрыва нулевого провода до точки разделения корпуса окажутся под линейным напряжением, что будет представлять угрозу для жизни при касании. Система TN-C-S В системе TN-C-S трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с точкой заземления трансформаторной подстанции. Для обеспечения этой связи на участке трансформаторная подстанция – электроустановки здания применяется совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник (PEN), в основной части электрической цепи – отдельный нулевой защитный проводник (PE).
Система TT В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции. Система IT Нейтраль источника изолирована или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, корпуса электрооборудования глухо заземлены. Система IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения.
В качестве общих рекомендаций для выбора той или иной сети можно указать следующее: 1. Сети ТN-C и ТN-C-S не следует использовать из-за низкого уровня электро- и пожаробезопасности, а также возможности значительных электромагнитных возмущений. 2. Сети TN-S рекомендуются для статичных (не подверженных изменениям) установок, когда сеть проектируется «раз и навсегда». 3. Сети ТТ следует использовать для временных, расширяемых и изменяемых электроустановок. 4. Сети IT следует использовать в тех случаях, когда бесперебойность электроснабжения является крайне необходимой. Возможны варианты, когда в одной и той же сети следует использовать два или три режима. Например, когда вся сеть получает питание по сети TN-S, а часть ее через разделительный трансформатор по сети IT. Резюмируя изложенное выше, отметим, что ни один из способов заземления нейтрали и открытых проводящих частей не является универсальным. В каждом конкретном случае необходимо проводить экономическое сравнение и исходить из критериев: электробезопасности, пожаробезопасности, уровня бесперебойности электроснабжения, технологии производства, электромагнитной совместимости, наличия квалифицированного персонала, возможности последующего расширения и изменения сети.
[1] пункт 1.1.29 ПУЭ [2] пункты 1.7.122 и 1.7.123 ПУЭ [3] 1.7.135 ПУЭ [4] При других типах неисправностей заземление менее эффективно, поэтому они здесь не рассматриваются [5] В схеме импульсного источника вторичного электропитания присутствуют входные проходные или обычные конденсаторы, включенные как между питающими проводниками, так и (в случае наличия металлического корпуса и трёхполюсной вилки) между каждым питающим проводником и корпусом прибора, в этом случае они представляют делитель напряжения, сообщающий корпусу потенциал, примерно равный половине напряжения питания. Этот потенциал обычно присутствует, даже когда прибор выключен имеющимися у него средствами. В наличии потенциала на корпусе можно убедиться с помощью неонового пробника.
В статье использованы материалы из Википедии. и сайта журнала «Новости Электротехники».
Заземление – это система безопасности
В Правилах Устройства Электроустановок (ПУЭ) четко оговорено, что заземление – это система, в которой соединяются какая-то точка электрической сети, оборудования, прибора или установки с заземляющим устройством. С первой половиной этой системы все понятно, а что значит, заземляющее устройство.
Заземляющее устройство – это опять-таки система, состоящая из двух основных элементов: проводник и заземляющий контур (заземлителя). В совокупности с заземляющим устройством все это и называется заземлением. Теперь каждую часть схемы разберем по отдельности.
Заземлитель
Это часть заземления, которая располагается в грунте. Вся схема запитывается именно на грунт, куда электрический ток от установки должен войти. И вот тут многое будет зависеть от самого грунта, а точнее сказать, от его плотности, влажности и химического состава.
Считается, что в каменном грунте самая плохая электрическая проводимость. Поэтому в таких грунтах очень сложно создавать заземляющий контур, поэтому чаще всего устанавливается глубинный заземлитель в виде трубы или штыря. Глубина закладки в данном случае может быть достаточно большой до 20 м.
Что касается песчаных или глинистых грунтов, то оптимальный вариант на них устроить именно заземляющий контур, состоящий из трех или четырех глубинных элементов. Чаще всего используется контур в виде квадрата или равностороннего треугольника. При этом размер фигуры определяет мощность электрических установок или их общее количество. К примеру, для частного дома можно заложить контур в виде квадрата со стороной 4 м, или треугольника со стороной 3м. Если это промышленный объект или большое административное здание, то заземляющий контур будет большим, к примеру, штыри забиваются по углам здания с обвязкой между собой.
Внимание! Установка штыревого заземления требует определенного расчета нагрузки на контур и сопротивления грунта. Что касается последнего, то о нем уже было сказано выше, то есть, от чего зависит сопротивление.
Вот несколько параметров сопротивления почвы из разных пород. Кстати, единица измерения данного показателя – Ом*М.
- Глина – 20.
- Песок – 10-60 (влажный-сухой).
- Садовая земля – 40.
- Солончак – 20.
- Торф – 25.
- Чернозем – 60.
- Гравий – 300.
- Щебень – 3000.
- Гранит – 22000.
Контур заземления
Чем меньше показатель, тем выше электропроводность. То есть, наше утверждение, что в каменных грунтах сложно организовать заземление, подтверждается.
Особых требований к проводящему контуру (от электроустановки до контура) нет. Самое главное – это прочность металлического элемента, который способен выдержать и механические нагрузки, и негативное воздействие влаги и температур. Поэтому чаще всего в качестве проводника используются стальные ленты толщиною не меньше 5 мм, тросы сечением не меньше 12 мм, арматура диаметром 10-12 мм.
Что касается частного домостроения, то в них можно использовать даже проволоку диаметром 6 мм ввиду того, что электрические нагрузки на такой проводник будут незначительны. Но¸ как считают специалисты, в этом деле лучше перестраховаться. Поэтому рекомендуется использовать стальную ленту сечением 5×30 мм.
Виды заземления
В классификации видов заземления присутствует два основных его вида:
Есть и несколько подгрупп: радиозаземление, измерительное, инструментальное, контрольное.
Существует определенная категория электрических установок, которые не будут работать, если их не заземлить. То есть, основанная цель сооружения заземляющей системы – это необеспечение безопасности эксплуатации, это обеспечение самой эксплуатации. Поэтому в этой статье данный вид нас интересовать не будет.
А вот этот вид специально устраивается с целью обеспечить безопасность работы электроустановок. Он делится на три категории в зависимости от назначения:
- Молниезащита.
- Защита от импульсного перенапряжения (перегруз линии потребления тока или короткое замыкание).
- Защита электросети от электромагнитных помех (чаще всего данный вид помех образуется от рядом работающего электрического оборудования).
Нас интересует именно импульсное перенапряжение. Назначение заземления данного типа – это безопасность обслуживающего персонала и самой установки в процессе аварии или поломки оборудования. Обычно такая поломка внутри электрического агрегата – это замыкание провода электрической схемы на корпус прибора. Замыкание может происходить непосредственно или через любой другой проводник, например, через воду. Человек, коснувшийся корпус установки, подвергается воздействия электрического тока, потому что становится его проводником в землю. По сути, он сам становится частью заземляющего контура.
Схема заземления в частном доме
Вот почему, чтобы устранить такие ситуации и устанавливается заземление корпуса на контур, расположенный в земле. При этом срабатывание заземляющей схемы – это толчок для системы автоматов, которые тут же отключают подачу электроэнергии к оборудованию. Все это располагается в специальных силовых и распределительных щитах.
Сопротивление заземлению
Есть такой термин, как сопротивление растеканию тока. Для простых обывателей легче будет воспринимать, как сопротивление заземлению. Вся суть этого термина заключается в том, что схема заземления должна работать корректно с определенными параметрами. Так вот сопротивление является основным из них.
Оптимальный вариант этого значения – ноль. То есть, лучше всего использовать материалы для сборки контура, у которых электропроводность самая высокая. Конечно, добиться идеала никак не получится, поэтому старайтесь выбирать именно те, у которых сопротивление самое низкое. К ним относятся все металлы.
Есть специальные коэффициенты, с помощью которых производится определение показателя сопротивления заземляющего контура, эксплуатируемого в разных условиях. К примеру:
- в частном домостроение, где используются сети на 220 и 380 вольт (6 и 10 кВ), необходимо устанавливать контур с сопротивлением 30 Ом.
Внимание! Если используется заземляющий контур через нейтраль трансформатора, то сопротивление заземляющей цепи должно быть не больше 4 Ом.
- монтируемая газопроводная система, входящая в дом, должна заземляться схемой в 10 Ом.
- молниезащита должна иметь сопротивление не более 10 Ом.
- Телекоммуникационное оборудование заземляется контуром 2 или 4 Ом.
- Подстанции от 10 кВ до 110 кВ – 0,5 Ом.
То есть, получается так, что чем больше мощность силы тока внутри оборудования или приборов, тем ниже должно быть сопротивление.
Качество заземления
Выше уже говорилось о том, что тип грунта и материал для системы влияют на качество заземляющего контура. Но кроме этого есть еще несколько позиций.
Площадь заземления
Сразу скажем так, чем больше площадь заземления, тем его качество выше. Поэтому, когда стоит вопрос, что использовать: стержень заземления или пластину, то выбирается второй вариант. Почему? Все дело в ее большей площади. Площадь соприкосновения у пластины для заземления в разы больше, чем у штыря. При этом данную площадь можно, в принципе, увеличивать до бесконечности. А это большой плюс. Для этого обычно используют пластины «PTCE» из сплава никеля и меди.
Поэтому чаще всего, когда планируется заземление высоковольтных линий, к примеру, опор ВЛ 10 кВ, используется именно пластинчатый вариант (PTCE). Хотя показатель площади можно увеличить и по-другому. Можно просто использовать стержень заземления, только не один, а несколько, обвязав их вокруг опор ВЛ 10 кВ контуром из хорошего проводника. Вот почему в частном домостроение используется контур из трех или четырех штырей. Для ВЛ 10 кВ количество может быть увеличено до бесконечности. Для производственных мощностей не обязательно применять квадрат или треугольник, здесь может быть использована линейная структура. Главное – побольше стержней установить на линии.
Чем больше больше площадь заземления, тем выше его качество
Есть еще один вариант увеличения площади контакта с грунтом. Это увеличить размеры штырей. То есть, сделать их длиннее и толще. Кстати, такой вариант используется, если верхние слои грунта имеют высокое сопротивление, а нижние, наоборот, низкое. Такое глубинное заземление прекрасно работает даже в том случае, если устанавливается один металлический штырь. Правда, для 10 кВ линий придется количество заземляющих проводников увеличить, один ничего здесь не решит. Но лучше установить PTCE.
Расчет заземления
Не будем останавливаться на этом разделе долго. Все дело в том, что рассчитать заземление непросто. Существует достаточно большая и сложная формула, по которой и производится расчет. Но, как показала практика, ее конечный результат – всего лишь неточная цифра. Почему? Потому что все зависит от типа грунта. Наша земля во многих участках – слоеный пирог из разных наполнителей. Поэтому точно определить, где и какой слой находится, можно только по специальной карте геологической разведки.
Вот почему выбирая глубинное заземление, необходимо ориентироваться на максимальный показатель, подставляя в формулу разные величины сопротивления грунта.
Заключение по теме
Итак, в этой статье мы постарались ответить на интересующий многих начинающих электриков вопросы, что такое заземление, и как работает оно? Усвойте один нюанс. Заземление – необходимая система в сетях электрического снабжения (неважно, это 6, 10 кВ, или 100). Поэтому ее сегодня используют не только в производственных цехах, заводах и фабриках, это неотъемлемая часть электрической схемы частных жилых домов и городских квартир.
Правила устройства электроустановок о заземлении
Способы заземления в частном доме своими руками (220 В)
Заземление и зануление – в чем разница двух понятий
Источники: http://www.grandars.ru/shkola/bezopasnost-zhiznedeyatelnosti/zashchitnoe-zazemlenie.html, http://www.studfiles.ru/preview/1788419/, http://onlineelektrik.ru/emontazh/zazemlenye/zazemlenie-eto-sistema-bezopasnosti.html
electricremont.ru