Заземляющее устройство пуэ

Порядок обустройства и эксплуатации защитных электротехнических приспособлений регламентируется основными положениями ПУЭ, утвержденными МЭР, согласно приказу от 08.07.2002 года. В настоящее время подготовлена седьмая редакция этих нормативов, распространяющая своё действие на все электротехническое оборудование, включая заземляющий контур (смотрите рисунок ниже).

Для получения полной информации о тех требованиях, которые предъявляются к электроустановкам и защитным системам, рассмотрим их конкретное содержание на примере действующего контура заземления. Нормы ПУЭ для данного типа устройств касаются в основном такого важного параметра, как сопротивление заземления.

Вопросы, затрагиваемые в ПУЭ

Регламентирование порядка эксплуатации различных видов защитных систем может быть представлено в виде определённого набора требований, касающихся обустройства отдельных конструкций.

Согласно им, функциональная готовность контуров заземления, в состав которых входит целый набор конструктивных элементов, должна подтверждаться следующими техническими данными:

• Описание конструкции и состава защитных устройств, применяемых в действующих электроустановках;
• Формулы для расчета их размеров, а также нормы сопротивления заземляющих устройств (ЗУ);
• Таблицы с корректировочными коэффициентами, позволяющими вводить поправки на качество и состояние грунта в месте размещения контура (с учётом материала отдельных элементов);
• Порядок организации и проведения контрольных испытаний, имеющихся у систем заземления.

При его обустройстве предписывается действовать в строгом соответствии с ПУЭ, а также соблюдать все требования, касающиеся эксплуатации данного защитного устройства.

Конструкция контура

Составные части

Уже упоминавшееся ранее сопротивление заземления (Rз) контура – основной параметр, контролируемый на всех этапах его эксплуатации и определяющий эффективность его применения. Эта величина должна быть настолько малой, чтобы обеспечить свободный путь аварийному току, стремящемуся стечь в землю.

Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:

• В её составе необходимо предусмотреть набор металлических прутьев или штырей длиной не менее 2-х метров и диаметром от 10-ти до 25-ти миллиметров;
• Они соединяются между собой (обязательно на сварку) пластинами из того же металла в конструкцию определённой формы, образуя так называемый «заземлитель»;
• Кроме того, в комплект устройства входит подводящая медная шина (её ещё называют электротехнической) с сечением, определяемым типом защищаемого оборудования и величиной токов стекания (смотрите таблицу на рисунке ниже).

Дополнительная информация. Условно к этой конструкции можно отнести соединительные медные провода в виде жгута или оплётки.

Эти составляющие устройства  необходимы для соединения элементов защищаемого оборудования со спуском (медной шиной).

Различие по месту устройства

Согласно положениям ПУЭ, защитный контур может иметь как наружное, так и внутреннее исполнение, причём к каждому из них предъявляются особые требования. Последними устанавливается не только допустимое сопротивление контура заземления, но и оговариваются условия измерения этого параметра в каждом частном случае (снаружи и внутри объекта).

При разделении систем заземления по их местонахождению следует помнить о том, что лишь для наружных конструкций корректен вопрос о том, как нормируется сопротивление заземлителя, поскольку внутри помещения он обычно отсутствует. Для внутренних конструкций характерна разводка по всему периметру помещений электротехнических шин, к которым посредством гибких медных проводников подсоединяются заземляемые части оборудования и приборов.

Для элементов конструкций, заземлённых снаружи объекта, вводится понятие сопротивления повторного заземления, появившееся вследствие особенной организации защиты на подстанции. Дело в том, что при формировании нулевого защитного или совмещённого с ним рабочего проводника на питающей станции нейтральная точка оборудования (понижающего трансформатора, в частности) уже заземляется один раз.

Поэтому когда на ответном конце того же провода (обычно это PEN или PE шина, выводимая непосредственно на щиток потребителя) делается ещё одно местное заземление, его с полным основанием можно назвать повторным. Организация этого вида защиты показана на рисунке ниже.

Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля».

Влияние почвы на сопротивление Rз

Практически доказано, что сопротивление заземляющего устройства в значительной степени определяется состоянием грунта в месте расположения заземлителя. В свою очередь, характеристики почвы в зоне проведения защитных работ зависят от следующих факторов:

• Влажность почвы на участке проведения работ;

Дополнительная информация. При оценке влажности следует знать, что сланцы и глина хорошо удерживают воду, а песчаные почвы, напротив, плохо.

• Наличие в почве каменистых составляющих, в которых обустроить заземление попросту невозможно (в этом случае приходится выбирать другое место);
• Возможность искусственного увлажнения грунта в особо засушливые летние периоды;
• Химический состав почвы (наличие в ней солевых составляющих).

В зависимости от состава грунта, он может быть отнесён к тому или иному виду (смотрите фото ниже).

Исходя из особенностей формирования сопротивления заземлителя, предполагающих его снижение при увлажнении и повышении солевой концентрации, в случае крайней необходимости в грунт искусственно вводятся порции влажного химиката NaCl.

Хорошие грунты с точки зрения обустройства заземления – это суглинистые почвы с высоким содержанием торфяных составляющих и солей.

Устройство и типы контуров

Стандартный контур заземления изготавливается не только в виде оптимального для большинства условий треугольника; он может иметь форму линии, прямоугольника, угла или даже дуги (овала). При рассмотрении каждой из этих конструкций с точки зрения их сопротивления необходимо отметить следующее:

• Основой конструкции являются забиваемые в землю штыри или стержни;
• Между собой они соединяются нарезанными по длине металлическими полосами (так называемой «металлосвязью»);
• К одному из штырей или к полоске металла приваривается медная шина, прокладываемая в отдельной канавке, как это изображено на приведённом ниже рисунке.

Выбор треугольника в качестве основного вида заземлителя объясняется тем, что в этом случае удаётся получить максимальную зону рассеивания при небольшой занимаемой площади. Материальные затраты на такую конструкцию минимальны, а величина сопротивления растеканию в грунте при правильном её обустройстве соответствует нормативам.

Расстояние между штырями треугольного контура обычно выбирается равным длине, а максимальное удаление одного от другого может быть вдвое больше. Так, если штыри заглубляются в землю на 250 сантиметров, оно может достигать 5-ти метров. Лишь при соблюдении этих условий удаётся получить оптимальные характеристики зарытого в землю сооружения.

Линейный контур представляет собой цепочку штырей, вбитых в землю с определённым шагом, равным примерно 5-10 метров (смотрите рисунок далее по тексту).

В отдельных случаях, зависящих от условий местности, конструкция сооружается в виде полукруга; при этом штыри располагаются на том же удалении один от другого. В таком распределённом устройстве сопротивление должно быть минимальным именно в точках соприкосновения прутьев с грунтом. Для достижения требуемого показателя Rз штырей забивается как можно больше.

Все остальные типы конструкций являются модификациями описанных выше заземлителей, а предъявляемые к ним требования по сопротивлению стекания являются производными от уже рассмотренных.

Виды материала (профили)

Согласно требованиям ПУЭ, содержащим указания на то, каким должно быть сопротивление растекания тока в грунте, в большинстве случаев этот показатель устанавливается на уровне не более 4 Ом. Для получения этого значения обычно приходится приложить немало усилий, направленных на то, чтобы придерживаться заданных теми же требованиями технологий.

В первую очередь, это касается используемых при сборке заземляющего контура материалов, подбираемых, исходя из следующих условий:

• При выборе штырей предпочтение должно отдаваться заготовкам из черного металла;
• Наиболее часто применяется пруток типоразмером 16-20 мм или уголок с параметрами 50х50х5 мм и толщиной металла около 5 мм;
• Применять в качестве элементов контура арматуру не допускается, поскольку она обладает каленой поверхностью, влияющей на нормальное стекание тока;
• Для этих целей подходит именно чистый пруток, а не его арматурный заменитель.

Согласно положениям ПУЭ, перед их размещением в грунте сначала бурятся лунки нужной длины, поскольку забить их вручную достаточно проблематично. В случае особо засушливого лета и резком ухудшении параметров заземлителя в полые части труб заливается концентрированный соляной раствор, что позволяет получить такое сопротивление, какое должно быть в соответствии с требованиями ПУЭ. Длина трубных заготовок выбирается в пределах 2,5-3 метра, что вполне хватает для большинства российских регионов.

К этому виду профильных заготовок предъявляются особые требования, касающиеся порядка их размещения в почве и состоящие в следующем:

• Во-первых, трубные элементы защитного контура должны размещаться на глубине, превышающей уровень промерзания грунта не менее чем на 80-100 см;
• Во-вторых, в особо засушливых местностях примерно треть длины заземлителя должна достигать влажных слоёв почвы;
• В-третьих, при выполнении второго условия следует ориентироваться на особенности расположения в данном регионе так называемых «грунтовых вод». В случае если они находятся на значительной глубине, по правилу, сформулированному в положениях ПУЭ, необходимо будет подготовить более длинные трубные отрезки.

С видом и профилем используемых при обустройстве заземлителя штыревых заготовок можно ознакомиться на размещённом ниже рисунке.

На практике в большинстве регионов России обычно применяются стальной уголок и полоса из того же металла. Для того чтобы получить более точные параметры используемых элементов заземления, потребуются данные геологических обследований. При наличии этой информации можно будет привлечь к обсчёту параметров заземлителя специалистов.

Из чего делается металлосвязь

Соединяющие штыри элементы (металлосвязь) обычно изготавливается из следующих электротехнических материалов:

• Типовая медная шина, имеющая сечение на менее 10 мм2;
• Алюминиевая полоса с поперечным сечением порядка 16 мм2;
• Стальная полоска 100 мм2 (типоразмер – 25х5 мм).

Классическая металлосвязь делается обычно в виде нарезанных по размеру стальных полос, крепящихся на сварку к уголкам или оголовкам прутка.

При применении более дорогих алюминиевых (медных) полосок к ним на сварку крепится болт подходящего типоразмера, на котором впоследствии фиксируются подводящие шины. Главное, на что нужно обращать внимание при обустройстве любых соединений, – это надёжность получаемого в результате контакта.

Для этого перед оформлением болтового сочленения необходимо тщательно зачистить обе соединяемые детали до появления блеска чистого металла. Дополнительно эти места желательно обработать шкуркой, а после закручивания болта хорошо его поджать, что обеспечит более надёжный контакт.

Самостоятельное изготовление

После подготовки всех необходимых материалов и выбора подходящего места для обустройства заземления можно переходить к непосредственным операциям по сборке заземляющего контура. На подготовительной стадии нарезаются трубные или другие профильные отрезки, размер которых выбирается на 20-30 см больше расчётного (это нужно для компенсации изгиба вершины заготовки при её вбивании в землю).

Дополнительная информация. Для облегчения забивания таких отрезков рекомендуется заострить их нижний срез посредством болгарки с обрезным диском.

Одновременно с подготовкой точечных штыревых заземлителей начинается этап земляных работ, состоящих в подготовке канавок со скошенными краями (для лучшего удерживания грунта от осыпания).

Порядок производимых при земляных работах операций выглядит следующим образом:

• Сначала подготавливается (расчищается) площадка под будущий контур заземления и делается его разметка;
• Затем по уже нанесённой разметке выкапываются канавки глубиной 70-80 см и шириной порядка 50 см (глубина выбирается из соображения минимальной коррозии металлосвязей);
• После этого нарезанные по длине штыри забиваются в намеченных точках так, чтобы над поверхностью выступало около 20 см (смотрите фото ниже);

• По завершении монтажа всех вертикальных элементов верхние их части срезаются, а контактные площадки тщательно зачищаются, после чего к ним привариваются металлосвязи;
• После того, как все сварочные швы остынут, они зачищаются болгаркой со шлифовальным диском, а затем окрашиваются специальной защитной краской на основе гудрона;

• Далее от ближайшей к жилому строению точки КЗ прокапывают канавку на ту же глубину, что была вырыта под металлосвязи (её ширина может быть чуть меньше, поскольку соединительная полоса делается цельной, не требующей проведения сварных работ);
• Затем в подготовленную траншею укладывается полоса металла с типоразмером не менее 25х4 мм, которая впоследствии приваривается к штырю или перемычке (металлосвязи);
• На заключительной стадии работ у самой стены дома уже проложенная металлическая полоса поднимается на высоту порядка 200 мм, где к ней на болт или сварку подсоединяется шина (провод), идущая на ГЗШ распределительного щитка (фото ниже).

Для подключения готового заземления в действующую цепь электроснабжения потребуется ознакомиться с существующими схемами организации заземления.

Ввод в дом

На шину заземления распределительной системы контур заводится с помощью стальной полосы с типоразмером 24х4 мм или же медной и гибкой проволоки сечением 10 мм². В отдельных случаях, специально оговариваемых в ПУЭ, для этого допускается применять алюминиевый провод сечением 16 мм² (смотрите рисунок ниже).

При возможности выбора между предложенными выше вариантами предпочтение отдаётся медному проводу, имеющему наиболее подходящие для выполнения поставленной задачи характеристики.

В заключительной части обзора обратим внимание пользователей на то, что сделать заземляющий контур своими руками не очень просто, поскольку при проведении этих работ необходимо строгое соблюдение требований ПУЭ. Для тех, кто полностью не уверен в своих силах, всегда имеется «запасной» выход – пригласить представителей организации, специализирующейся на изготовлении заземлений.

Источник: amperof.ru

Мой рассказ будет состоять из трёх частей.

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

В первой части (теория) я опишу терминологию, основные виды заземления (назначение) и предъявляемые к заземлению требования.
Во второй части (практика) будет рассказ про традиционные решения, применяемые при строительстве заземляющих устройств, с перечислением достоинств и недостатков этих решений.
Третья часть (практика) в некотором смысле продолжит вторую. В ней будет содержаться описание новых технологий, используемых при строительстве заземляющих устройств. Как и во второй части, с перечислением достоинств и недостатков этих технологий.

Если читатель обладает теоретическими знаниями и интересуется только практической реализацией — ему лучше пропустить первую часть и начать чтение со второй части.

Если читатель обладает необходимыми знаниями и хочет познакомиться только с новинками — лучше пропустить первые две части и сразу перейти к чтению третьей.

Мой взгляд на описанные методы и решения в какой-то степени однобокий. Прошу читателя понимать, что я не выдвигаю свой материал за всеобъемлющий объективный труд и выражаю в нём свою точку зрения, свой опыт.

Некоторая часть текста является компромиссом между точностью и желанием объяснить “человеческим языком”, поэтому допущены упрощения, могущие “резать слух” технически подкованного читателя.

1 часть. Заземление

В этой части я расскажу о терминологии, об основных видах заземления и о качественных характеристиках заземляющих устройств.

А. Термины и определения
Б. Назначение (виды) заземления

Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Б2. Защитное заземление

Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты
Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)
Б2.3. Заземление в составе электросети

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом
В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

В2. Существующие нормы сопротивления заземления
В3. Расчёт сопротивления заземления

А. Термины и определения

Чтобы избежать путаницы и непонимания в дальнейшем рассказе — начну с этого пункта.
Я приведу установленные определения из действующего документа “Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ)” в последней редакции (глава 1.7 в редакции седьмого издания).

И попытаюсь “перевести” эти определения на “простой” язык.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).

Грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток. Также он являться некоторой “общей” точкой в электросхеме, относительно которой воспринимается сигнал.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя/ заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19).

Это устройство/ схема, состоящее из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего этот заземлитель с заземляемой частью сети, электроустановки или оборудования. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.

На рисунке оно показано толстыми красными линиями:

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).

Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент/ электрод любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро 🙂 и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.
Конфигурация заземлителя (количество, длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий/ “стекающий” от электроустановки через эти электроды.

На рисунке он показан толстыми красными линиями:

Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).

Сопротивление заземления — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом.
Сопротивление заземления зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом (“стекание” тока) и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель (“впитывание” тока).

Заземляющий электрод (электрод заземлителя) — проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с локальной землей (ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21)

Повторюсь: в качестве проводящей части может выступать металлический (токопроводящий) элемент любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро 🙂 и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.

На рисунке они показаны толстыми красными линиями:

Далее определения, не встречающиеся или не описанные достаточно точно в стандартах и нормах, поэтому имеющие только мое описание.

Контур заземления — “народное” название заземлителя или заземляющего устройства, состоящего из нескольких заземляющих электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру/ контуру.

На рисунке объект обозначен серым квадратом в центре,
а контур заземления — толстыми красными линиями:

Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода.
Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности
прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Б. Назначение (виды) заземления

Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — на рабочее (функциональное) и защитное. Также в различных источниках приводятся дополнительные виды, такие как: “инструментальное”, “измерительное”, “контрольное”, “радио”.

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ 1.7.30).

Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или оборудования, т.е. для их работы в ОБЫЧНОМ режиме.

Б2. Защитное заземление

Это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29).

Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в АВАРИЙНОМ режиме) и при разрядах молний.
Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования.

Подробнее защитное назначение заземления можно рассмотреть на двух примерах:

• в составе внешней молниезащитной системы в виде заземленного молниеприёмника
• в составе системы защиты от импульсного перенапряжения
• в составе электросети объекта

Б2.1. Заземление в составе молниезащиты

Молния — это разряд или другими словами «пробой», возникающий ОТ облака К земле, при накоплении в облаке заряда критической величины (относительно земли). Примерами этого явления в меньших масштабах является “пробой” (wiki) в конденсаторе и газовый разряд (wiki) в лампе.

Воздух — это среда с очень большим сопротивлением (диэлектрик), но разряд преодолевает его, т.к. обладает большой мощностью. Путь разряда проходит по участкам наименьшего сопротивления, таким как капли воды в воздухе и деревья. Этим объясняется корнеобразная структура молнии в воздухе и частое попадание молнии в деревья и здания (они имеют меньшее сопротивление, чем воздух в этом промежутке).
При попадании в крышу здания, молния продолжает свой путь к земле, также выбирая участки с наименьшим сопротивлением: мокрые стены, провода, трубы, электроприборы — таким образом представляя опасность для человека и оборудования, находящихся в этом здании.

Молниезащита предназначена для отвода разряда молнии от защищаемого здания/ объекта. Разряд молнии, идущий по пути наименьшего сопротивления попадает в металлический молниеприёмник над объектом, затем по металлическим молниеотводам, расположенным снаружи объекта (например, на стенах), спускается до грунта, где и расходится в нём (напоминаю: грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток).

Для того, чтобы сделать молниезащиту «привлекательной» для молнии, а также для исключения распространения молниевых токов от деталей молниезащиты (приёмник и отводы) внутрь объекта, её соединение с грунтом производится через заземлитель, имеющий низкое сопротивление заземления.

Заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает полный и быстрый переход молниевых токов в грунт, не допуская их распространение по объекту.

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)

УЗИП предназначено для защиты электронного оборудования от заряда, накопленного на каком-либо участке линии/сети в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП), наведенного от рядом стоящей мощной электроустановки (или высоковольтной линии) или ЭМП, возникшего при близком (до сотен метров) разряде молнии.

Ярким примером этого явления является накопление заряда на медном кабеле домовой сети или на “пробросе” между зданиями во время грозы. В какой-то момент приборы, подключенные к этому кабелю (сетевая карта компьютера или порт коммутатора), не выдерживают «размера» накопившегося заряда и происходит электрический пробой внутри этого прибора, разрушающий его (упрощенно).
Для “стравливания” накопившегося заряда параллельно “нагрузке” на линию перед оборудованием ставит УЗИП.

Классический УЗИП представляет собой газовый разрядник (wiki), рассчитанный на определенный «порог» заряда, который меньше “запаса прочности” защищаемого оборудования. Один из электродов этого разрядника заземляется, а другой — подключается к одному из проводов линии/ кабеля.

При достижении этого порога внутри разрядника возникает разряд 🙂 между электродами. В результате чего накопленный заряд сбрасывается в грунт (через заземление).

Как и в молниезащите — заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает своевременное и гарантированное возникновение разряда в УЗИПе, не допуская превышение заряда на линии выше безопасного для защищаемого оборудования уровня.

Б2.3. Заземление в составе электросети

Третий пример защитной роли заземления — это обеспечение безопасности человека и электрооборудования при поломках/ авариях.

Проще всего такая поломка описывается замыканием фазного провода электросети на корпус прибора (замыкание в блоке питания или замыкание в водонагревателе через водную среду). Человек, коснувшийся такого прибора, создаст дополнительную электрическую цепь, через которую побежит ток, вызывающий в теле повреждения внутренних органов — прежде всего нервной системы и сердца.

Для устранения таких последствий используется соединение корпусов с заземлителем (для отвода аварийных токов в грунт) и защитные автоматические устройства, за доли секунды отключающие ток при аварийной ситуации.

Например, заземление всех корпусов, шкафов и стоек телекоммуникационного оборудования.

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

Для корректного выполнения заземлением своих функций оно должно иметь определенные параметры/ характеристики. Одним из главных свойств, определяющих качество заземления, является сопротивление растеканию тока (сопротивление заземления), определяющее способность заземлителя (заземляющих электродов) передавать токи, поступающие на него от оборудования в грунт.
Это сопротивление имеет конечные значения и в идеальном случае представляет собой нулевую величину, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» токов (это гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение грунтом).

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

Сопротивление в основном зависит от двух условий:

• площадь ( S ) электрического контакта заземлителя с грунтом
• электрическое сопротивление ( R ) самого грунта, в котором находятся электроды

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.

Чем больше будет площадь соприкосновения заземлителя с грунтом, тем больше площадь для перехода тока от этого заземлителя в грунт (тем более благоприятные условия создаются для перехода тока в грунт). Это можно сравнить с поведением автомобильного колеса на повороте. Узкая покрышка имеет небольшую площадь контакта с асфальтом и легко может начать скользить по нему, “отправив” автомобиль в занос. Широкая покрышка, да еще и немного спущенная, имеет много бОльшую площадь контакта с асфальтом, обеспечивая надежное сцепление с ним и, следовательно, надежный контроль за движением.(Пример оказался неграмотным. Спасибо SVlad — комментарий: habrahabr.ru/post/144464/#comment_4854521)

Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив количество электродов, соединив их вместе (сложив площади нескольких электродов), либо увеличив размер электродов. При применении вертикальных заземляющих электродов последний способ очень эффективен, если глубинные слои грунта имеют более низкое электрическое сопротивление, чем верхние.

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

Напомню: это величина, определяющая — как хорошо грунт проводит ток через себя. Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/ легче он будет “впитывать” в себя ток от заземлителя.

Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока — морская вода.
Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.

(Если интересно, можно посмотреть таблицу величин удельного сопротивления грунтов, используемых в расчётах заземляющих устройств).

Возвращаясь к первому фактору и способу уменьшения сопротивления заземления в виде увеличения глубины электрода можно сказать, что на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности. Часто встречаются грунтовые воды, которые обеспечивают грунту очень низкое сопротивление. Заземление в таких случаях получается очень качественным и надежным.

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

Так как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.

Для ориентирования приведу следующие значения:

• для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
• при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
• для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
• у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
• у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8)
• для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт:
  
  • при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ 1.7.103)
  • при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100 мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ 1.7.59)

В3. Расчёт сопротивления заземления

Для успешного проектирования заземляющего устройства, имеющего необходимое сопротивление заземления, применяются, как правило, типовые конфигурации заземлителя и базовые формулы для расчётов.

Конфигурация заземлителя обычно выбирается инженером на основании его опыта и возможности её (конфигурации) применения на конкретном объекте.

Выбор формул расчёта зависит от выбранной конфигурации заземлителя.
Сами формулы содержат в себе параметры этой конфигурации (например, количество заземляющих электродов, их длину, толщину) и параметры грунта конкретного объекта, где будет размещаться заземлитель. Например, для одиночного вертикального электрода эта формула будет такой:

Точность расчёта обычно невысока и зависит опять же от грунта — на практике расхождения практических результатов встречается в почти 100% случаев. Это происходит из-за его (грунта) большой неоднородности: он изменяется не только по глубине, но и по площади — образуя трёхмерную структуру. Имеющиеся формулы расчёта параметров заземления с трудом справляются с одномерной неоднородностью грунта, а расчёт в трёхмерной структуре сопряжен с огромными вычислительными мощностями и требует крайне высокую подготовку оператора.
Кроме того, для создания точной карты грунта необходимо произвести большой объем геологических работ (например, для площади 10*10 метров необходимо сделать и проанализировать около 100 шурфов длиной до 10 метров), что вызывает значительное увеличение стоимости проекта и чаще всего не возможно.

В свете вышесказанного почти всегда расчёт является обязательной, но ориентировочной мерой и обычно ведётся по принципу достижения сопротивления заземления “не более, чем”. В формулы подставляются усредненные значения удельного сопротивления грунта, либо их наибольшие величины. Это обеспечивает “запас прочности” и на практике выражается в заведомо более низких (ниже — значит лучше) значениях сопротивления заземления, чем ожидалось при проектировании.

Строительство заземлителей

При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления.

В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Подробнее о строительстве — в следующих частях.

Продолжение:

• Вторая часть
• Третья часть

Источник: habr.com

Общие требования

1.7.49. Токоведущие части электроустановки не должны быть доступны для случайного прикосновения, а доступные прикосновению открытые и сторонние проводящие части не должны находиться под напряжением, представляющим опасность поражения электрическим током как в нормальном режиме работы электроустановки, так и при повреждении изоляции.

1.7.50. Для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:

• основная изоляция токоведущих частей;
• ограждения и оболочки;
• установка барьеров;
• размещение вне зоны досягаемости;
• применение сверхнизкого (малого) напряжения.

Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ, при наличии требований других глав ПУЭ, следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА.

1.7.51. Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

• защитное заземление;
• автоматическое отключение питания;
• уравнивание потенциалов;
• выравнивание потенциалов;
• двойная или усиленная изоляция;
• сверхнизкое (малое) напряжение;
• защитное электрическое разделение цепей;
• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

1.7.52. Меры защиты от поражения электрическим током должны быть предусмотрены в электроустановке или ее части либо применены к отдельным электроприемникам и могут быть реализованы при изготовлении электрооборудования, либо в процессе монтажа электроустановки, либо в обоих случаях.

Применение двух и более мер защиты в электроустановке не должно оказывать взаимного влияния, снижающего эффективность каждой из них.

1.7.53. Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

Защита от прямого прикосновения не требуется, если электрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов, а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока во всех случаях.

Примечание. Здесь и далее в главе напряжение переменного тока означает среднеквадратичное значение напряжения переменного тока; напряжение постоянного тока — напряжение постоянного или выпрямленного тока с содержанием пульсаций не более 10% от среднеквадратичного значения.

1.7.54. Для заземления электроустановок могут быть использованы искусственные и естественные заземлители. Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ не обязательно. Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих устройств не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

1.7.55. Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство.

Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т.д. в течение всего периода эксплуатации.

В первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению.

Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими.

При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для рабочего заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции.

Для объединения заземляющих устройств разных электроустановок в одно общее заземляющее устройство могут быть использованы естественные и искусственные заземляющие проводники. Их число должно быть не менее двух.

1.7.56. Требуемые значения напряжений прикосновения и сопротивления заземляющих устройств при стекании с них токов замыкания на землю и токов утечки должны быть обеспечены при наиболее неблагоприятных условиях в любое время года.

При определении сопротивления заземляющих устройств должны быть учтены искусственные и естественные заземлители.

При определении удельного сопротивления земли в качестве расчетного следует принимать его сезонное значение, соответствующее наиболее неблагоприятным условиям.

Заземляющие устройства должны быть механически прочными, термически и динамически стойкими к токам замыкания на землю.

1.7.57. Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.

Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания в соответствии с 1.7.78-1.7.79.

Требования к выбору систем TN-C, TN-S, TN-C-S для конкретных электроустановок приведены в соответствующих главах Правил.

1.7.58. Питание электроустановок напряжением до 1 кВ переменного тока от источника с изолированной нейтралью с применением системы IT следует выполнять, как правило, при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на открытые проводящие части, связанные с системой уравнивания потенциалов. В таких электроустановках для защиты при косвенном прикосновении при первом замыкании на землю должно быть выполнено защитное заземление в сочетании с контролем изоляции сети или применены УЗО с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА. При двойном замыкании на землю должно быть выполнено автоматическое отключение питания в соответствии с 1.7.81.

1.7.59. Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система TT), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие:

где I_a — ток срабатывания защитного устройства;

R_a — суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, при применении УЗО для защиты нескольких электроприемников — заземляющего проводника наиболее удаленного электроприемника.

1.7.60. При применении защитного автоматического отключения питания должна быть выполнена основная система уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.82, а при необходимости также дополнительная система уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.83.

1.7.61. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление PE- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.

Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине.

Повторное заземление электроустановок напряжением до 1 кВ, получающих питание по воздушным линиям, должно выполняться в соответствии с 1.7.102-1.7.103.

1.7.62. Если время автоматического отключения питания не удовлетворяет условиям 1.7.78-1.7.79 для системы TN и 1.7.81 для системы IT, то защита при косвенном прикосновении для отдельных частей электроустановки или отдельных электроприемников может быть выполнена применением двойной или усиленной изоляции (электрооборудование класса II), сверхнизкого напряжения (электрооборудование класса III), электрического разделения цепей изолирующих (непроводящих) помещений, зон, площадок.

1.7.63. Система IT напряжением до 1 кВ, связанная через трансформатор с сетью напряжением выше 1 кВ, должна быть защищена пробивным предохранителем от опасности, возникающей при повреждении изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений трансформатора. Пробивной предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низкого напряжения каждого трансформатора.

1.7.64. В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью для защиты от поражения электрическим током должно быть выполнено защитное заземление открытых проводящих частей.

В таких электроустановках должна быть предусмотрена возможность быстрого обнаружения замыканий на землю. Защита от замыканий на землю должна устанавливаться с действием на отключение по всей электрически связанной сети в тех случаях, в которых это необходимо по условиям безопасности (для линий, питающих передвижные подстанции и механизмы, торфяные разработки и т.п.).

1.7.65. В электроустановках напряжением выше 1 кВ с эффективно заземленной нейтралью для защиты от поражения электрическим током должно быть выполнено защитное заземление открытых проводящих частей.

1.7.66. Защитное зануление в системе TN и защитное заземление в системе IT электрооборудования, установленного на опорах ВЛ (силовые и измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители, конденсаторы и другие аппараты), должно быть выполнено с соблюдением требований, приведенных в соответствующих главах ПУЭ, а также в настоящей главе.

Сопротивление заземляющего устройства опоры ВЛ, на которой установлено электрооборудование, должно соответствовать требованиям гл.2.4 и 2.5.

Источник: www.Elec.ru