Что является заземлителем: определение, типы и принцип работы заземляющего устройства

Устройство, принцип работы и схемы защитного заземления

Вне зависимости от эксплуатационных характеристик, электрифицируемое здание должно иметь качественно организованную систему защитной электробезопасности. Защитное заземление позволяет создать такую систему.

Этот тип заземления характеризуется соединением определенных элементов электроустановки с ЗУ (заземляющим устройством) и ориентирован на уменьшение показателей напряжений прикосновения и шага, возникающих при замыкании циркулирующих токов на корпусах электрооборудования.

Назначение и устройство защитного заземления

Устанавливается такой тип заземляющего устройства для защиты человека от поражения электрическим током при замыкании электрической цепи вследствие различных причин. Самая распространенная причина поражения током — короткое замыкание фазы на нетоковедущие элементы электроустановки.

Согласно материалам нормативной документации ПУЭ (глава 1.7), в зависимости от выполняемой функции существует два вида устройства заземляющей системы: рабочее (функциональное) и защитное заземление.

Функциональный тип применяется чаще для защиты производственных объектов. Посредством рабочих заземляющих устройств реализуется надежная эксплуатация оборудования электроустановки. Эффективность как рабочего, так и защитного устройства напрямую зависит от правильного выбора конфигурации заземляющих элементов и четкого производства электромонтажа.

Основным элементом системы выступает контур заземления. Он состоит из металлических заземлителей (электродов). Функциональность всей системы зависит от возможности этих заземлителей рассеивать ток. Монтировать заземляющие элементы необходимо с учетом множества факторов, напрямую влияющих на основной показатель эффективности заземлителей, — значение их сопротивления.

Следует помнить! При создании заземляющего устройства дома или квартиры важный момент — характеристика внутренней электропроводки объекта. Провод должен быть трехжильный, с фазой, нулем и заземлением.

Монтаж устройства защитного заземления востребован практически повсеместно.

Заземляющая система: область применения и принцип работы

При правильной организации заземляющей системы защиты должны быть реализованы такие эксплуатационные принципы:

  1. Образование электрической цепи, обладающей низким сопротивлением, при коротком замыкании. Электрический ток беспроблемно пойдет по этой магистрали. Реализуется обеспечение электрической безопасности пользователя. При случайном прикосновении человека к бытовому прибору во время пробития фазы на корпусе устройства не будет потенциально опасного напряжения.
  2. Обеспечение защиты от индукционных токов. Проявляться такие типы токов могут вследствие прямого удара молнии, при этом образуется электромагнитная и электростатическая индукция.

Учитывая значимость названных выше принципов действия системы, защитное заземление широко применяется в:

  1. Электрической сети напряжением менее 1 кВт:
  • с переменным током трех трехфазных проводников с изоляцией нейтрали;
  • с переменным током двух однофазных проводников, которые изолированы от земли;
  • с постоянным током двух проводников при наличии изоляции обмотки источника тока.
  1. Электросети напряжением свыше 1 кВт. Возможен любой режим точек обмоток источника питания постоянного и переменного тока.

Помните! Функциональность защитной системы будет надлежащего уровня только при наличии сети с изолированной нейтралью.

Заземление — это комплексная система. Все этапы в ней взаимосвязаны и влияют на надежность ее последующей эксплуатации. Важнейшая задача начального этапа производства — выбор конфигурации заземлителей.

Классификация заземляющих устройств

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), защитное заземление может быть реализовано с использованием заземлителей двух типов — естественных или искусственных. Заземляющие элементы этих двух категорий имеют определенные структурные отличия и особенности монтажа:

  1. Естественные заземляющие устройства. Такие заземлители могут быть представлены посредством:
  • объектов сторонних проводящих частей, которые имеют прямой контакт с грунтом;
  • объектов, контактирующих с почвой через специальную промежуточную токопроводящую среду.

Самыми распространенными конструкциями такого типа заземлителей выступают:

  • металлоконструкции зданий и фундаментов;
  • металлические оболочки проводников;
  • обсадные трубы.

Подключать элементы этой категории заземлителей необходимо минимум в двух местах.

Важно! Запрещено применять в качестве естественных заземляющих элементов: трубы теплотрасс; газопроводы; трубопроводы горючих жидкостей и горячего водоснабжения; оболочки подземных проводов с алюминиевой основой.

  1. Искусственные заземлители. Подразумевается специальное производство таких конструкций. В качестве материалов для искусственного создания защиты применяют:
  • определенного размера стальные трубы;
  • сталь полосовую толщиной свыше 4 мм;
  • сталь прутковую.

Важно знать! Большой популярностью пользуются искусственные заземлители глубинного типа. Электроды таких конструкций оцинкованные или омедненные. Преимущества — малозатратность производства и долговечность элементов.

Специфические различия искусственных и естественных устройств заземления обязательно учитываются при производстве расчетов, определяющих их оптимальную конфигурацию.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.

Важно! Устройство, смонтированное в соответствии со всеми расчетными данными схемы заземления, позволяет добиться максимальной эксплуатационной эффективности всего комплекса защитного заземления.

Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.

Выполняются расчеты на основании таких данных:

  1. Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
  2. Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
  3. Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
  4. Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
  5. Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
  6. Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
  7. Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
  8. При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.

Важно! Если система будет размещаться в двух слоях грунта, учитывается показатель сопротивления каждого из них. Это необходимо для определения точных данных о мощностных параметрах верхнего слоя почвы.

Принцип расчета сопротивления заземлителей

Способов расчета характеристик основных заземляющих элементов достаточно много, но основной параметр у таких вычислений один — показатель сопротивления. Оптимальное его значение определяется посредством данных нормативной регламентации ПУЭ. Реализовать надежное защитное заземление объекта невозможно без расчета сопротивления его основных элементов.

К примеру, необходимо определить сопротивление заземления для электрооборудования напряжением свыше 1 кВт, с изолированной нейтралью. В соответствии с профильными данными документации ПУЭ 1.7.96, необходимо воспользоваться формулой R≤250/I, где:

  • I — показатель расчетного тока заземления;
  • R — показатель сопротивления заземляющего устройства, который не должен превышать 10 Ом.

В соответствии с ПУЭ (1.7.104), при учете нормативных сведений показателей тока прикосновения (для примера подойдет — 50 В), формула видоизменяется: R≤U/I, где U — это ток прикосновения (50 В).

Важно! При изолированной нейтрали, как правило, не требуется доравнивать показатель сопротивления ниже четырех Ом. Однако идеальным показателем сопротивления заземляющей системы считается 0. Основная задача, к которой сводится производство всех профильных расчетов, неизменна — достичь максимально низкого сопротивления системы.

Помимо производства расчетов параметров, важный момент при производстве заземления — выбор схемы подключения устройства.

Схемы заземления дома

Одним из основных элементов, необходимых для обеспечения электрической и пожарной безопасности объекта, является защитное заземление, поэтому закономерно, что грамотное технологическое производство такой системы – первостепенная задача. Добиться необходимого результата решения этой задачи невозможно без правильного выбора схематического варианта соединения и подключения заземляющих элементов.

Помните! Каждый элемент, при помощи которого реализуется защитное заземление, имеет схематическое обозначение. Для того чтобы выбрать оптимальный вариант схематического обоснования подключения такой системы, человеку нужно разбираться как в буквенных, графических, так и в цветовых чертежных обозначениях.

Чаще на практике применяются два вида подключения — схемы TN-C-S и TT. Отличия в проектировании схем:

  1. Схема TN-C-S. При организации защитного заземления объекта по данной схеме, предусмотрена реализация следующих моментов:
    • роль защитного и нулевого (рабочего) проводника выполняет один кабель (PEN);
    • локализация — участок электросети от трансформатора и до ГЗШ (главной заземляющей шины). Уже на ГЗШ провод PEN разделяется на рабочий нулевой (N) и защитный (PE).
      Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника, а цифрой 2 – заземляемый объект (дом).

Важно! При выборе схемы TN-C-S в качестве основы производства заземляющих работ важно учесть наличие глухозаземленной нейтрали. Получается, что ГЗШ дома соединяется с заземлением самого трансформатора, питающего объект.

    Схема TT. Прежде чем применить эту схему, необходимо аргументировать отказ от использования TN-C-S системы. Предусмотрена обязательная реализация нормативных требований, установленных к системе TT, а именно:

  • производится независимое подключение элементов, исключается соединение с нейтралью трансформатора;
  • заземлитель всех корпусов электрооборудования дома не зависит от аналогичного элемента источника питания;
  • в электрической проводке дома обязательно применяется УЗО (устройство защитного отключения).

Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника; цифрой 2 — дом, а 3 — это само устройство заземления дома.

Важно! В схеме TT полностью отсутствует организация защиты пользователя при утечке тока во время повреждения изоляции. Следовательно, монтировать УЗО для электрической проводки, реализованной по ТТ схеме, — обязательно.

В связи со значительным затруднением производства заземляющих работ по схеме TT, большинство объектов заземляются посредством TN-C-S системы.

Заземление — важный элемент обеспечения пожарной безопасности здания и электробезопасности его жильцов. Начинать работы по его созданию, руководствуясь лишь общими понятиями определения, что такое защитное заземление, не стоит. Нужно изучить теоретические и практические особенности устройства электрозащитной системы, разбираться в производстве расчетов ее параметров и уметь произвести измерение величины ее сопротивления после монтажа. При отсутствии навыков и необходимого оборудования следует доверить выполнение такой работы профильным специалистам.

Что такое заземление простыми словами

Работа современного электрооборудования недопустима без грамотно организованной защиты от случайного поражения электрическим током. Для этих целей используются специальные устройства, которые называются заземляющими. Таким образом, заземление — это преднамеренно организованная система, обеспечивающая нормальные условия функционирования электрооборудования.

О заземлении простыми словами

Само понятие «заземление» происходит от слова «земля», то есть почва или грунт, назначение которых – служить отводом для опасных токов, стекающих по специально организованной цепи. Для ее образования необходимо неразрывное соединение всех частей защитной системы, которое начинается от точки контакта корпуса заземляющего элемента и заканчивается погруженным в землю элементом заземляющего устройства (ЗУ).

Внешний контур заземления частного дома (слева). Заземление внутри помещения (справа), заземляющий проводник указан пунктирной линией.

Согласно определениям, приводимым в техдокументации, заземление это есть преднамеренное электрическое соединение металлических корпусов агрегатов со специальным заземляющим контуром. Исходя из рассмотренных фактов, можно сделать вывод, что заземлением называют преднамеренный электрический контакт защищаемого оборудования с грунтом.

Требования к заземлению

После того как разобрались с тем, что является определением самого понятия заземления – можно перейти к тем категориям и нормам, которые вводятся действующими стандартами. Согласно ПУЭ к заземляющему устройству в первую очередь предъявляются следующие требования:

  • назначение ЗУ – эффективно отводить опасные токи в землю, для чего в их конструкции предусмотрен целый набор проводников и металлических прутьев;
  • заземлению подлежат все части электроустановки, включая металлические дверцы щитов;
  • суммарное переходное сопротивление контактов в системе заземления не должно превышать 4-30 Ом;
  • при ее обустройстве в распределенных нагрузках обязательно использование системы выравнивания потенциалов (ее назначение – устранить неравномерность распределения напряжений).

Дополнительная информация: Поскольку основное назначение заземления состоит в обеспечении безопасности работающего с оборудованием персонала – при его эксплуатации особое внимание уделяется надежности функционирования.

Качество его работы обеспечивается целым комплексом профилактических мероприятий и периодически организуемых испытаний.

Почему человека бьет током

Для того чтобы ответить на поставленный вопрос потребуется ознакомиться с неисправностями, периодически возникающими в действующем электрооборудовании. Дело в том, что в процессе его длительной эксплуатации возможно разрушение изоляции и появление контакта оголенного провода силового питания с корпусом электроустановки.

Если у эксплуатируемого оборудования нет заземления – это угрожает работающему с ним оператору ударом тока (фото слева). Подобный эффект возникает при случайном соприкосновении тела человека с токопроводящими частями стиральной машины или ванны, например.

Принцип работы заземления

После ознакомления с определением заземляющих систем и предъявляемым к ним требованиям следует разобраться, что такое заземление и для чего оно предназначается. Для этого, прежде всего, следует знать, что ноги человека через железобетонный пол всегда в какой-то мере контактируют с землей.

При касании человеком корпуса оборудования, находящегося под воздействием высокого потенциала, ток протекает через его тело и ноги в землю, то есть он является звеном в этой цепочке.

Обратите внимание: Опасными для человека являются даже небольшие токи, а при достижении ими величины 100 мА возможен смертельный исход.

Для того чтобы понять, как работает заземляющая система – следует учесть, что корпус электрооборудования через набор проводников и металлических штырей соединяют с грунтом (заземляют). Благодаря этому преднамеренному соединению критичный для человека потенциал снижается до безопасного уровня. При этом аварийные токи «стекают» через заземленный корпус на землю, минуя человеческое тело.

Из чего состоит конструкция заземляющего устройства

Сначала следует познакомиться с теми элементами, которые входят в состав его конструкции. Типовой заземляющий контур представляет собой сооружение из трех стальных заземлителей, вбитых в землю по углам траншеи, вырытой на глубину примерно 0,7-0,8 метра. Заземлителями могут быть стальные уголки или омедненные прутки.

Длина погруженной в почву части заземлителей должна быть не менее 2,5 метров. Точные значения этих параметров выбираются с учетом характера грунта в месте обустройства контура и климатических условий в данной местности. Подробно о заземляющем контуре и его монтаже вы можете узнать в нашей статье «Контур заземления, что собой представляет и как он работает».

Выступающие из земли на 10-15 см части стальных заготовок свариваются между собой металлическими пластинами шириной 40 мм (толщиной не менее 4-х мм). В верхней части одного из вертикальных электродов устраивается контактная зона в виде наваренного на него болта с резьбой. На ней посредством гайки крепится конец идущей от корпуса заземляемого прибора медной шины, сечение которой не должно быть менее 6 кв.мм.

Дополнительная информация: Для снижения сопротивления цепи стекания аварийного тока это соединение иногда делается сварным.

По завершении основных работ траншея с размещенной в ней конструкцией засыпается откинутой ранее землей, из которой удаляются камни и ненужный мусор.

Согласно требованиям ПУЭ любая заземляющая система должна соответствовать техническим нормативам в части предельно допустимого сопротивления току утечки. Его величина должна быть:

  1. менее 8 Ом в промышленных сетях с фазным напряжением 220/127 Вольт;
  2. менее 4 Ом для линейных напряжений 380 Вольт;
  3. не более 30 Ом в бытовых сетях (этот показатель считается предельно допустимым).

Прокладываемая от конструкции ЗУ медная жила вторым своим концом фиксируется на специальной планке, монтируемой на распределительном щитке объекта (дома, в частности). Ее называют главной заземляющей шиной (ГЗШ), а предназначается она для сборки всех защитных проводников в одном месте. Медные жилы расходятся от нее непосредственно к потребителям (через розетки к корпусам приборов).

Естественное и искусственное заземление

Естественное заземление – это предмет или сооружение, которое имеет надежный контакт с землей в силу выполняемых им функций. К этой категории можно отнести:

  • водопроводные и отопительные трубы, проложенные непосредственно в земле;
  • любые металлические конструкции и их элементы, имеющие хороший контакт с почвой;
  • оболочки сварочных и подобных им кабелей;
  • металлические закладные и шпунты и т.п.

Стоит заметить! На обустройство функционального заземления в этом случае не потребуется специальных усилий, так как элементы естественного заземлителя уже готовы к подключению заземляющих проводников.

В ситуации, когда такие системы найти не удается – приходится заниматься монтажом самодельных ЗУ.

Искусственным заземлением считается преднамеренно организованный электрический контакт двух тел, одним из которых является защищаемый прибор, а вторым – так называемый «заземляющий контур». Эта его составляющая представляет собой специальную распределенную (иногда – точечную) конструкцию на основе металлических стержней, размещаемых глубоко в земле.

Как правило, в качестве вертикально забиваемых электродов применяются стальные прутки диаметром до 12 мм, имеющие длину не менее 2,5 метра. Для обустройства горизонтальных перемычек, обеспечивающих электрический контакт двух тел, берутся металлические уголки 50x50x6 мм и длиной 2,5-3 метра (их можно заменить трубами диаметром порядка 6 мм и более).

Для чего нужно заземление Видео

Чтобы разобраться в том, зачем нужно заземление в доме – придется ознакомиться с его основным назначением. Как уже отмечалось в ранее представленном разделе, заземление служит для защиты человека от опасного потенциала, случайно оказавшегося на корпусе действующего оборудования. С порядком его работы и назначением проще всего ознакомиться на многочисленных примерах, представленных на видеороликах.

Понятие и принцип действия защитного заземления

Работающие электрические приборы должны иметь заземление. В зависимости от цели оно может быть рабочим или защитным. Первое предназначено для корректной работы устройств, а второе – для защиты людей. Принцип действия одного и второго разный.

Основные цели и задачи заземления

Почва способна нейтрализовать электрический ток, так как степень ее напряжения равна нулю. Сопротивление – это основной показатель заземляющего устройства, по которому можно судить о его качестве и способности выполнять свое предназначение. Удельное сопротивление зависит от состава почвы, наличия в ней химических веществ – кислотных или щелочных, влажности, рыхлости. В зависимости от состава почвы может потребоваться использование какого-либо специального комплекта заземления или же полная замена грунта для корректной работы заземляющих устройств.

Заземление – это соединение какого-либо прибора, электрической установки или части сети с заземляющим устройством. Оно представляет собой заземлитель и заземляющие проводники, по которым ток стекает в грунт и нейтрализуется.

Заземлителей может быть несколько. В распределенной схеме они располагаются по периметру объекта, электрическую сеть которого необходимо обезопасить. Проводящая часть (заземлители) обычно выполняются из металла. К ним подводятся заземляющие электроды, которые имеют непосредственный контакт с почвой.

Заземляющее устройство монтируется по контуру. Контур заземления – это несколько проводников электродов, которые забиваются в грунт. Их длина – 3 метра, располагаются они на небольшом расстоянии друг от друга. В качестве соединения применяется горизонтальная металлическая полоса, которую укладывают в почву на небольшую глубину – до 1 метра. Соединение с электродами осуществляется с помощью обычной сварки. В специальных заземляющих комплектах части оборудования соединяются резьбой, что никак не влияет на рабочие свойства.

Рабочее заземление необходимо в следующих случаях:

  • Защита оборудования от накопления статического электричества. Процессы, происходящие в природе, например, молнии, могут влиять на ток, протекающий в цепи, в результате чего оборудование может быть повреждено. Электроды, установленные в грунте, отводят излишки тока.
  • Защита сети от замыканий.
  • Защита от перенапряжения.

Пример рабочего заземления – молниеотвод, который присоединен к электродам. Особенно актуально в генераторах, трансформаторах.

Принцип защитного заземления

Защитное заземление – это комплекс мер, которые направлены на защиту оборудования и людей, которые с ним работают. Используется для устранения электромагнитных помех, возникающих из-за работающего рядом устройства, а также для нейтрализации помех при коммутации в цепи питания.

Защита от попадания молнии

Воздушная среда – это участок с большим сопротивлением, но разряд имеет мощность, превосходящую данное сопротивление, поэтому пробивает его. По пути следования из верхних слоев атмосферы к земле молния выбирает участки с наименьшим сопротивлением – мокрые участки, стены, деревья и капли воды. Этим объясняется тот факт, что разряды часто попадают в дерево – оно имеет сопротивление меньше, чем воздух вокруг. При попадании в здание ток также проходит по участкам с наименьшим сопротивлением – это металлические трубы, электрические приборы или их металлические детали, влажные стены. Если устройство не имеет заземления, прикосновение к нему в момент прохождения заряда может быть смертельным.

При установке молниеотвода на крыше заряд попадает в него, а далее движется в землю и нейтрализуется. Важно, чтобы токи не распространялись внутрь объекта, поэтому материалы, которые используются для обустройства заземления, имеют низкое сопротивление. По правилам оно не должно превышать показатель в 4 Ом. Сам молниеотвод должен быть соединен с электродами в грунте.

Защита от импульсного перенапряжения

Электронное оборудование чувствительно к скачкам напряжения или работающим в их радиусе мощным электрическим установкам. Повредить электронику может внезапно возникший разряд молнии вблизи.

В качестве примера: во время грозы может возникнуть избыточный заряд в медном кабеле, которыми соединены дома и по которым проходит ток. Заряд при увеличении его размера способен разрушить кабель. В этом случае на линии питания ставится УЗИП – устройство защиты от импульсного перенапряжения, чтобы избыток заряда стравливался в грунт.

Защита людей

Корпуса приборов, все металлические элементы способны проводить ток. Если коснуться незаземленного прибора, в котором накопилось статическое электричество, можно получить сильный удар. Это отразится прежде всего на сердечно-сосудистой и нервной системе. Снизить удар помогает резиновая обувь, прорезиненные перчатки, абсолютно сухое помещение, но люди редко ходят по квартире или офису в резиновых сапогах. Подключение третьего провода к корпусу приборов, а затем соединение его с электродами позволяет утилизировать в грунт лишний ток.

В старых частных и многоквартирных домах заземляющие мероприятия не проводились, поэтому все электрические приборы представляют потенциальную опасность для людей.

Самодельные устройства могут выглядеть следующим образом: к корпусу прибора подсоединен провод, который выводится на улицу и соединяется с вбитым в землю металлическим изделием (труба, уголок, ведро, арматура). Эти изделия являются хорошими проводниками тока, в отличие от человеческого тела, поэтому ток выбирает металл и уходит в грунт.

Отличие рабочего заземления от защитного

Рабочее и защитное заземление по правилам техники безопасности не должно совмещаться водной схеме. При атмосферных разрядах электрические приборы могут повредиться, при этом защитное заземление не сработает.

В схеме функционального (рабочего) заземления все токонесущие конструкции соединяются с электродами, установленными в грунте. Для корректной работы рабочего заземления используются также предохранители, которые принимают напряжение на себя и выходят из строя.

Рабочее заземление оборудуется в том случае, если к приборам прилагается указание производителя и требования, которые защищают данное устройство.

К защитному заземляющему устройству предъявляется больше требований, так как оно имеет более важные задачи: сохранение жизни людей.

Назначение рабочего заземляющего устройстваНазначение защитного заземления
Большая мощность приборовТрехфазные приборы мощностью менее 1 кВт
Электронное чувствительное оборудованиеОдно- и двухфазные устройства, не имеющие контакта с грунтом
Медицинские приборыТехника мощностью более 1 кВт
Электронная техника, которая является носителем важной информацииВ схемах с предохранителями и нулевым защитным проводником

Самое надежное заземление предусмотрено в схеме электросети дома. Кабели, которые подходят к каждой розетке, должны быть трехжильными. Третья жила соединяется с землей и отводит статическое электричество, а также предотвращает короткие замыкания и попадание молнии внутрь здания.

Требования к защитному заземлению

Чтобы заземляющие установки выполняли свои функции, они должны соответствовать определенным параметрам и указаниям производителя оборудования.

Нюансы, которые влияют на функционал:

  • Сопротивление грунта из-за его физико-химических особенностей. Лучше всего проводит ток влажная глина, графитовая крошка, торф, солончаки или морская вода. Хуже – сухой песок или твердые породы – гранит, щебень, кварц, асфальт, бетон.
  • Площадь контакта заземлителя с почвой. Чем больше площадь, тем более благоприятные условия создаются для перетекания тока, тем быстрее это происходит. Увеличить площадь можно, установив большее количество электродов по контуру здания. В этом случае их соединяют вместе стальной пластиной в единое целое. Если увеличить размер одного электрода, общая площадь также увеличится. Увеличить площадь помогает установка вертикального металлического контура, если нижние слои грунта имеют большее сопротивление, чем поверхностные.

Поскольку добиться идеального сопротивления почвы трудно, устройства создаются исходя из ее характеристик. Для каждой электрической установки существуют свои нормы сопротивления заземлительных устройств. Например, для электрической подстанции с напряжением более 100 кВт сопротивление не должно быть больше 0,5 Ом, а для домашней сети с системой ТТ, а также применением автоматического отключения – до 500 Ом.

Заземлители из металла не должны покрываться лакокрасочными материалами. Иногда в качестве заземляющего устройства используется подземная часть здания с металлическими конструкциями – электропроводящий бетон с арматурой внутри. Нельзя использовать газовые металлические трубы для решения проблемы заземления.

Согласно Правилам устройства электроустановок заземлению подлежат:

  • Сети, напряжение которых выше 380 В.
  • Особо опасные и наружные установки.

Части оборудования, подлежащие занулению и заземлению:

  • Корпуса электрического оборудования.
  • Вторичная трансформаторная обмотка.
  • Приводы электрических приборов.
  • Распределительные щиты, каркасы шкафов.
  • Металлические конструкции оборудования.
  • Железная оболочка кабеля.

Если напряжение не превышает 42 В переменного тока или 110 В постоянного, заземление не требуется.

Бытовое заземление

Большая часть несчастных случаев в бытовых условиях связана с касанием прибора, который имеет повреждение изоляции. Тело человека в данном случае является проводником тока. Электрические варочные плиты, стиральные и посудомоечные машины, радиаторы отопления, микроволновки, бойлеры, ПК, мойки для посуды – все это металлические конструкции, которые хорошо проводят ток и без заземления могут причинить вред здоровью.

Короткое замыкание – это соприкосновение фазного и нулевого провода в сети, что приводит к срабатыванию аварийной защиты и отключению прибора от питания. Чаще всего происходит не короткое замыкание, а утечка тока, который накапливается в корпусе бытового оборудования. Это может привести к поражению электричеством.

Для безопасности человека необходимо устанавливать розетки с заземляющими контактами. К розетке должен быть подведен трехжильный кабель. При двухжильной и трехжильной системе заземление оборудуется по-разному – от распределительной коробки или электрического щитка.

В качестве заземлителя нельзя использовать газовые, водопроводные или трубы централизованного отопления.

Работа заземления при неисправностях электрооборудования

Под неисправностью оборудования подразумевают повреждение изоляции и возникновение фазы в корпусе прибора. Если части оборудования находятся под напряжением, но не имеют защиты в виде заземления и УЗО, человек, не подозревающий об опасности, может получить удар током.

Во втором варианте утечка тока может быть не значительной, устройство защиты оборудования не среагирует на напряжение и не отключит прибор. Человек может получить незначительный удар.

Если корпус не заземлен, но УЗО установлено, оно сработает через 0,02 секунды после прикосновения человека к корпусу прибора. Этого времени не достаточно для нанесения вреда здоровью.

Самой эффективной с точки зрения безопасности схемой является наличие заземления и УЗО. При возникновении утечки тока и переходе его в грунт УЗО реагирует и отключает прибор.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

Расчет параметров заземляющего устройства выполняется по формулам. Исходными элементами являются:

  • сопротивление грунта на данном участке;
  • длина, толщина, диаметр электродов, а также их количество.

На практике во всех случаях бывают расхождения с намеченным планом работ, так как показатель почвы необходимо анализировать более точно. Сделать это практически невозможно: на 100 квадратных метрах необходимо пробурить около 100 мини шахт глубиной до 10 м, чтобы оценить слои почвы, ее состав и включения элементов – глины, известняка, песка и других компонентов.

Установку заземляющих устройств проводят по главному принципу заземления: наличие запаса прочности, имея усредненные значения параметров. Чем ниже получается сопротивление, тем лучше для всех электрических приборов и людей.

Установка заземлителей

Вертикальные электроды более эффективно выполняют свои функции, так как их можно установить на большую глубину. При горизонтальной укладке на небольшую глубину сопротивление увеличивается, особенно в зимний период, когда верхние слои грунта промерзают.

Для электродов применяют штыри, длина которых более 1 метра (обычно 1,5 м). Такие конструкции легко забить в грунт с помощью обычного молотка, соединение выполняется в горизонтальной плоскости не менее 0,5 м в глубину.

Понятие заземления и заземляющего контура

Как бытовые приборы, так и мощные заводские агрегаты являются электропотребителями. Их использование должно быть не только удобным, но и безопасным. Именно поэтому любые электрические сети, или потребители, должны иметь заземление — оно помогает не только защитить электроустановку от поломки, но иногда и спасти человеческую жизнь.

Устройства заземления и их виды

Одним из главных элементов электрических сетей является заземление.

Профессиональное определение заземления гласит, что это преднамеренное электросоединение сети, оборудования или электроустановки с заземляющим устройством, которое позволяет обеспечить защиту человека и животных от опасных токов прикосновения, снижающихся заземлением.

В простых словах, это проводник, соединённый с одной стороны с частями оборудования, которые не должны находиться под напряжением, а с другой — с элементом, выполняющим функцию заземлителя. В случае когда корпус непредвиденно попадает под напряжение, такая система отводит токи в землю, а прикоснувшийся к прибору человек не получит повреждений.

В зависимости от назначения, существуют два вида контуров заземления: защитный и рабочий. Каждый из них несёт определённую функцию. Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током. Рабочее же обеспечивает безопасное функционирование оборудования, хотя в некоторых случаях способно выполнять роль защитного.

Заземлитель чаще выполняется из трёх железных прутов, полностью вбитых в почву и соединенных между собой металлическими полосами, в виде треугольника с равными сторонами. А чтобы от заземлителя не приходилось тянуть заземляющий проводник к каждой установке, используют аналогичные полосы, выполняющие роль шины, которая проходит по всему зданию или сооружению — уже от неё можно подключать заземления к оборудованию.

От шины до потребителя проходит проводник, значительно меньший по сечению, нежели рабочие кабели, и маркированный жёлтым или жёлто-зелёным цветом. Он подключается к корпусам электроустановок или к клеммам, которые впоследствии будут соединены через вилку с заземляющим проводом электроприбора.

Защитный заземляющий контур

В случае пробоя защитное заземление вполне способно выполнить роль рабочего, а также может спасти оборудование при попадании молнии — естественно, если существует громоотвод. Однако основная задача защитного контура заключается всё же в защите людей от повреждения электрическим током.

Рабочее, или функциональное заземление

Рабочее заземление часто называют функциональным, и предназначено оно в первую очередь для защиты и сохранения работоспособности оборудования. Преимущественно оно используется для трёхфазных сетей и рассчитано на понижение напряжения до безопасных величин в случае пробоя на корпус. Это позволяет сохранить оборудование и приборы, не нарушив их функциональность.

Если таким образом заземлено оборудование с напряжением до 1 кВ, то необходимо использовать изолированную нейтраль. Если значение напряжения выше 1 кВ, то нейтраль допускается любая.

При необходимости функциональное заземление способно выполнять роль защитного. Таким образом, при правильно работающем заземлении ток или напряжение становятся безопасными для человеческой жизни.

Требования безопасности

Так как заземление выполняет важную роль в обеспечении безопасности, она должна соответствовать определённым требованиям, которые оговорены в ПУЭ:

  • Заземлению подвергаются все без исключения электроустановки, включая дверцы электрощитов и шкафов.
  • Заземляющее устройство не должно превышать 4 Ом с заземляющей нейтралью.
  • Обязательно применение систем уравнивания потенциалов.

Относиться к требованиям ПУЭ нужно со всей серьёзностью, так как это может спасти жизнь, в случае опасности. Ведь удар электрическим током, за счёт слишком низкого сопротивления подошвы обуви и пола, является смертельно опасным.

Причины удара током

Человека может ударить электрическим током в самых обычных повседневных ситуациях:

  1. Во время работы стиральной машинки иногда можно почувствовать лёгкое пощипывание. Иногда удары могут быть значительно сильнее. Это и есть воздействие электричества на человека.
  2. Находясь в ванной и дотронувшись до металлических частей крана, можно ощутить слабое пощипывание и даже сильные мурашки внутри пальцев.

В обоих случаях незаземлённые предметы могут пропускать через себя ток, то есть заряженные частицы, которые, в зависимости от силы и напряжения, могут проявляться в виде покалывания или сильных ударов, сопровождающихся мышечными судорогами.

Понятно, что это крайне опасно — в крайних случаях от удара током возможны паралич и остановка сердца. Однако избежать подобных инцидентов можно достаточно просто — заземлив ванную или машинку. В таком случае ток, попавший на корпус, будет уходить по заземляющему проводнику в землю.

Как действуют заземлители

Почему же ток уходит в землю по заземляющему контуру?

В качестве «подопытного» можно взять всё ту же стиральную машинку. Со временем любой провод может надломиться, потерять изоляцию или получить пробой на корпус из-за микротрещины. Рано или поздно ток начнёт попадать на металлическое основание прибора.

Если не трогать машинку, то человеку ничего не угрожает. Но стоит прикоснуться к корпусу, и, в случае отсутствия заземления, можно почувствовать всю мощь электричества на себе.

А всё дело в том, что несмотря на обувь и пол, человеческое тело имеет (хоть и малый) контакт с землёй. Следовательно, не имея заземляющего провода, ток будет проходить через человека и уходить в землю. А так как фазный провод имеет потенциал выше земельного, то тело становится отличным проводником с собственным сопротивлением. В итоге проходящий через нас ток вызывает те же физические свойства, что и в любом другом проводнике.

Наличие заземления, а для надёжности — еще и установка УЗО, заставляет опасный потенциал притягиваться к безопасному потенциалу земли. В результате напряжение перетекает прямо в заземлитель.

Применение УЗО и дифавтоматов

Заземляющие системы вполне способны справиться со своей задачей — защитить человека или оборудование. Но, являясь простыми проводниками, они могут повреждаться и переставать выполнять свою функцию.

В качестве дополнительной защиты и подстраховки принято использовать УЗО, или дифавтоматы. УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения, а дифавтомат — как дифференциальный автоматический выключатель. По сути, это УЗО и простой автомат в одном корпусе, что заметно снижает занимаемое защитным оборудованием место в распределительном шкафу или щитке.

УЗО реагирует на ток утечки. То есть если оно заметит, что часть электричества уходит на землю, то сразу же сработает, отключив поступление питания, обезопасив всю линию. В зависимости от чувствительности, установленной производителем, срабатывать УЗО может по-разному:

  • Слишком чувствительное и срабатывать будет часто, даже при минимальной утечке, что не всегда удобно.
  • Чересчур грубое УЗО нужно устанавливать лишь когда это целесообразно, так как оно может не сработать в нужный момент.

Исходя из условий использования, составляется проект, согласно которому и нужно подбирать защитные устройства.

УЗО спасёт жизнь человеку, даже если отсутствует заземление — оно мгновенно сработает, если человек дотронется до части прибора, находящейся под напряжением.


Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?

Защитное заземление — это система, созданная для предупреждения воздействия электрического тока на человека, путём преднамеренного соединения с землёй корпуса и нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Системы заземления могут быть естественными и искусственными.

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на человека. Ещё одно назначение защитного заземления — отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.

Основная цель применения заземления — снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.

Что такое нейтраль?

Нейтраль — это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования — зануление электроустановок.

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

PEN-проводник — это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.

PE-проводник — это защитное заземление, которое мы используем, например, в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

Виды заземления — расшифровка названия:

  • T — заземление;
  • N — подсоединение проводника к нейтрали;
  • I -изолирование;
  • C — объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
  • S — раздельное использование проводов.

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

А. Защитное заземление

Назначение, принцип действия, область применения. Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.).

Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п.

Назначение защитного заземления устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление — преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты — пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п.

Заземление молниезащиты — преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Принцип действия защитного заземления снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Рассмотрим два случая. Корпус электроустановки не заземлен. В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети.

Корпус электроустановки заземлен (рис.4.2) . В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным:

(4.1)

Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае будут определяться по формулам:

(4.2)

где a 1 – коэффициент напряжение прикосновения.

Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока R З , можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток через тело человека.

Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю I З практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (типа IT ) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя (рис.4.2).

Рис.4. 2 . Схема сети с изолированной нейтралью (типа IT ) и защитным заземлением электроустановки

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно (рис.4. 3).

Рис.4.3. Схема сети с заземленной нейтралью и защитным заземлением потребителя электроэнергии

Область применения защитного заземления :

  • электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT);
  • электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двухпроводных сетях переменного тока изолированных от земли;
  • электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT);
  • электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока.

Типы заземляющих устройств. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (рис. 4.4) характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным .

Рис.4. 4 . Выносное заземляющее устройство

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэффициент прикосновения a 1 =1. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения U пр.доп (с учетом коэффициента напряжения прикосновения, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек, a 2 ):

где I з – ток, стекающий в землю через заземляющее устройство; r з – сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

  • при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;
  • при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;
  • при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство (рис. 4.5) характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Рис. 4.5. Контурное заземляющее устройство

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до таких значений, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается за счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

Читайте также:  Меркурий 201: техническая характеристика однофазных электрических счётчиков, преимущества и недостатки
Добавить комментарий