Определение рабочего заземления: отличие от защитного, принципы работы заземлителя, правила ПУЭ

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.

Рабочее и защитное заземление

Заземляющими принято называть устройства, способные обеспечить надежные пути стекания аварийного тока в землю. Необходимость в этом может возникнуть по самым разным причинам, основные из которых – создать условия для нормального функционирования электроустановки или гарантировать безопасность работающих на ней людей. Эти функциональные различия следует четко усвоить. Они помогут понять, что называется рабочими заземлениями и в чем их отличие от защитных мер. В рассмотренных ранее причинных определениях в первом случае используется рабочее или функциональное заземление, а во втором – его аналог.

Рабочее заземление

Выдержка из ПУЭ-7, пункт 1.7.30. Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).

В отличие от защитного заземления, используемого исключительно в целях безопасности людей, рабочее заземление предназначается для того, чтобы гарантировать нормальную работу электрических приборов и устройств.

Обратите внимание: Эта его функция должна выполняться независимо от того, в каких условиях работает электрооборудование: в нормальных штатных или в аварийных.

Реализуется функциональное заземление самым непосредственным образом – через подсоединение металлических токопроводящих частей к так называемому «заземлителю». В качестве этой разновидности ЗУ допускается использовать подключенные к заземляющей конструкции молниеотводы, защищающие предприятия и другие объекты от грозы. Эти же устройства помогают уберечь действующее оборудование от наведенных (или индуцированных) ЭДС, представляющих ничуть не меньшую угрозу для него.

В ряде случаев функциональное заземление организуется для того, чтобы создать условия для срабатывания специальных приспособлений пробивного типа (предохранителей, резисторов и подобных им).

Хорошо усвоив, что называют рабочими заземлениями, пользователь сможет понять не только их отличие от защитного, но и то, что эффективность его действия зависит от параметров конструкции ЗУ. Под ним в первую очередь понимается сопротивление цепи стекания тока в землю, величина которого согласно требованиям ПУЭ не должна превышать нормируемого значения (25-30 Ом).

Защитное заземление

Защитным заземлением называют умышленное соединение металлических нетоковедущих частей с землей или же ее аналогом с целью защиты людей от удара током.

Дополнительная информация: Функцию заземлителя в этом случае могут выполнять и естественные ЗУ, под которыми понимаются уже проложенные в земле элементы строительных конструкций и коммуникаций.

Схема сети с заземленной нейтралью и защитным заземлением потребителя электроэнергии.

С помощью искусственных и естественных заземляющих конструкций удается предотвратить поражение человека током в ситуациях, когда корпус оборудования или бытового прибора случайно оказывается под напряжением. В этом случае срабатывает принцип шунтирования аварийной цепи более низким сопротивлением, по которому опасный ток «уходит» в землю.

Согласно этому рисунку через тело прикоснувшегося к корпусу человека протекает лишь малая доля общего тока, а большая его часть «стекает» в грунт через параллельную цепь.

Чем они отличаются

Разницу между двумя этими видами сможет уловить только основательно изучивший их особенности человек. Для непрофессионала они с трудом различимы, поскольку чаще всего организуются с привлечением одних и тех же технических средств.

Отличия между рабочим заземлением и защитным заземлением проявляется не столько в технической части, сколько в том, для каких конкретных целей они организуются. В обоих случаях для обустройства ЗУ используются специальные приспособления (конструкции), способные отводить опасные токи на землю. И там и там потребуется присоединить корпуса приборов через толстую медную жилу к тому сооружению, которое выбрано для надежной защиты электрооборудования и людей.

Читайте также:  ЭПРА для светильника: устройство, назначение и схемы электронного балласта для люминесцентных ламп

Хорошо различимое отличие рабочего заземления от своего аналога состоит в следующем:

  1. функциональное заземление делается с целью защиты оборудования и приборов, подключенных к данной электрической сети, от выхода их из строя;
  2. для его реализации допускается использовать молниеотводы и распределенные системы выравнивания потенциалов, подключенные к местному заземляющему контуру;
  3. оно в меньшей мере, чем защитное, обеспечивает безопасность работающего на линии персонала и простых людей.

Хороший пример такой разницы – так называемые «переносные» или временные конструкции, применяемые исключительно для защиты работающих на отключенном оборудовании специалистов. К защите электроустановок они никакого отношения не имеют (последние отключены) и даже при случайной подаче в линию стороннего напряжения представляют угрозу лишь для человека. То есть это – чисто защитная мера.

Другим характерным отличием защитного заземления является обязательное присоединение к заземлителю все металлические части корпусов оборудования, то есть каркасы, рамы, стальные ограждения и тому подобное. Функцию самого заземлителя в этом случае могут выполнять как искусственно созданные конструкции, так и уже проложенные в земле стальные элементы коммуникаций (включая различные виды металлических труб и кабельных экранов).

Важно! Исключение составляют элементы газовых и нефтяных трубопроводов.

К частям оборудования, подлежащим обязательному рабочему занулению и заземлению относятся:

  • Приводы всех без исключения электрических аппаратов.
  • Корпуса работающих на объекте электрических машин, а также понижающих трансформаторов, используемых для питания переносных светильников.
  • Обмотки измерительных преобразователей, относящихся к разряду вторичных.
  • Стальные остовы и корпуса передвижных (переносных) электрических приемников.
  • Все открытые части работающего в данный момент оборудования.

Во всех этих случаях при невозможности организации заземления для снижения опасности поражения людей согласно ПУЭ используют электроприемники, рассчитанные на напряжение не более, чем 42 Вольта.

В заключение еще раз отметим, что различия двух типов заземлений в основном проявляются в их назначении и касаются технической стороны лишь не в значительной мере.

Системы заземления TN-S, TN-C, TNC-S, TT, IT

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Виды систем искусственного заземления

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» – комбинированный и раздельный.

  • T — заземление.
  • N — подключение к нейтрали.
  • I — изолирование.
  • C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
  • S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

  • N — функциональный «ноль»;
  • PE — защитный «ноль»;
  • PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Система заземления TN-C

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S

Система заземления TN-S

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S

Система заземления TN-C-S

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» – ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

Система заземления TT

Система заземления TT

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное – жизнь человека.

Электротехнический-портал.рф

. для студентов ВУЗов электротехнических специальностей и инженеров

§7. Защитное заземление.

Преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказываться под напряжением, вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.).

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

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей определенных точек электрической цепи (например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних ЛЭП, а также в фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода).

Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы ЭУ в нормальных и аварийных условиях и осуществляется непосредственно или через специальные аппараты (пробивные предохранители, разрядники, резисторы).

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

Принцип действия защитного заземления: понижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (понижение сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления.

Cети до 1000 В: переменного тока, трехфазные, трехпроводные сети с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли; а также сети постоянного тока, двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока.

Сети выше 1000 В: переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источника тока.

Типы заземляющих устройств.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя (проводников, электродов, соединенных между собой и находящихся в непосредственном соприкосновении с землей)и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановок с заземлителем.

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

Существенный недостаток выносного заземления отдаленность заземлителя от заземляющего оборудования, вследствие чего на всей или части защищаемой территории коэффициент прикосновения =1. Поэтому заземляющее устройство данного типа применяют лишь при малых I33, т.е. в электроустановках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого Uпр :

Читайте также:  Схема подключения УЗИП: разновидности перенапряжений, классификация устройств, установка в частном доме

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно увеличиться сопротивление заземляющего устройства за счет заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов в зоне с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, и т.д.)

Контурное заземляющее устройство – когда электроды размещены по периметру площадки, на которой находится оборудование.

Конструктивное исполнение заземляющего устройства.

а) заземлители различают искусственные и естественные (металлические предметы для других назначений).

Для искусственного заземлителя применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных применяют стальные трубы диаметром d=5 – 6см, толщиной стенки не менее 3,5мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4мм (от 40×40 до 60×60мм) отрезками длиной 2,5 – 3м. Прутковая сталь диаметром не менее 10 мм длиной до 10м (иногда и более).

Для связи вертикальных электродов и самостоятельного горизонтального электрода используют полосовую сталь сечением не менее 4×12мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.п., металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей, свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередач, соединенные с помощью грозозащитных тросов линий с заземляющим устройством подстанции или распределительного устройства.

Естественные заземлители имеют, как правило, малое сопротивление растеканию тока и поэтому их использование дает ощутимую экономию металла. Естественные заземлители можно использовать без искусственных, если они обеспечивают требуемое ПУЭ сопротивление.

Недостатками их являются:

1) доступность их не электротехническому персоналу;

2) возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлений.

б) Заземляющие проводники.

В качестве заземляющих проводников используют (для соединения заземляемых частей с заземлителями) полосовую сталь или сталь круглого сечения.

Сечение заземляющих проводников зависит от класса напряжения электроустановки, места прокладки и нормируется ПУЭ.

Прокладка заземляющих проводников производится открыто по конструкциям зданий, в том числе, по стенам. В помещениях влажных и с повышенной опасностью заземляющие проводники следует прокладывать на расстоянии не менее 10 мм от стен.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции и других причин могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных.

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также в наружных установках заземление обязательно при номинальном напряжении более 42В переменного и 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при номинальном напряжении более 380В для переменного тока и 440В и более – для постоянного тока.

Лишь во взрывоопасных зонах всех классов заземление выполняется независимо от напряжения электроустановки.

Расчет защитного заземления.

Цель расчета: определить основные параметры заземления – число, размеры, порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжение прикосновения или напряжение шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Существует два вида расчета.

При расчете заземлителей в однослойном грунте учитывают сопротивление верхнего слоя земли. Расчет проводят способом коэффициентов использования и выполняют его как при простых, так и при сложных конструкциях.

При расчете заземлителей в многослойном грунте (обычно грунт принимают двухслойным с удельным сопротивлением слоев ρ1 и ρ2 и толщиной верхнего слоя – h.), расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя и называемым способом наведенных потенциалов.

Расчет в двухслойном грунте дает более точный результат, но трудоемок. Поэтому его целесообразно применять при сложных конструкциях заземляющих устройств, что имеет место обычно в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью (через реактор с небольшим активным сопротивлением и индуктивностью) т.е. в электроустановках напряжением выше 110кВ.

Для электроустановок с изолированной нейтралью напряжением ниже 1000В, а также выше 1000В до 35кВ включительно расчет заземлителя проводится обычно по допустимому сопротивлению растеканию Rдоп.

Для электроустановок с эффективно заземленной нейтралью напряжением ?110кВ заземлитель можно рассчитывать как по Rдоп, так и по Uпр.доп., Uш.доп.

В обоих случаях потенциал заземляющего устройства при стекании с него тока замыкания на землю не должен превышать 10 кВ, если возможен вынос потенциала за пределы зданий и внешних ограждений электроустановки.

При потенциале заземляющего устройства более 5кВ до 10кВ должны быть предусмотрены меры по защите изоляции отходящих кабелей связи и телемеханики и предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы электроустановки.

Порядок расчета заземляющих устройств.

1) уточнение исходных данных (форма и размер заземляющих электродов, тип заземлителя, предполагаемая глубина заложения в землю, удельное сопротивление грунта, данные о естественных заземлителях, расчетный ток замыкания на землю);

2) вычисление допустимого сопротивления заземляющего устройства по ПУЭ (Rдоп);

3) расчет необходимого сопротивления искусственного заземлителя, составление схемы (проекта) заземляющего устройства, т.е. размещение на плане принятых для сооружения заземлителя электродов и заземляющих проводников;

4) сравнение полученного расчетного сопротивления с Rдоп по ПУЭ, если необходимо, уточнение размеров заземлителя

5) расчет потенциала заземляющего устройства и сравнение с допустимым.

Если есть естественные заземлители, но их сопротивление не удовлетворяет ПУЭ, то необходимо создавать искусственное сопротивление заземляющего устройства. Тогда общее сопротивление заземляющего устройства, с учетом естественных и искусственных заземлителей можно рассчитать по формуле:

– и оно должно быть сравнено с Rз.доп. по ПУЭ.

Допустимые по ПУЭ сопротивления заземляющих устройств:

1) для электроустановок до 1000В

— 10 Ом при полной суммарной мощности трансформаторов и генераторов, питающих данную сеть не более 100 кВА;

— 4 Ом во всех остальных случаях.

2) для электроустановок выше 1000В

— 0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали;

, но ≤10 Ом при изолированной нейтрали и при условии, что заземлитель используется только для электроустановки напряжением более 1000В;

, но ≤4 или 10 Ом согласно норме при изолированной нейтрали и условии, что заземлитель используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000В и выше 1000В.

250, 125 – допустимые напряжения на заземлителе.

Iз – ток замыкания на землю, А.

Током замыкания на землю называется ток, проходящий через место замыкания на землю, т.е. в месте случайного электрического соединения токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими токопроводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли.

При расчете заземлителя в однородном грунте способом коэффициента использования по напряжениям прикосновения и шага, располагая наибольшими допустимыми их значениями, находят наибольшие допустимые расчетные сопротивления заземлителя:

подставим значение φз в (1), выразим Rз, получим:

Меньшее из этих значений будет расчетным допустимым сопротивлением заземлителя.

Коэффициенты α1 и β1 берут из таблицы справочника (табл.3.6. стр.119 Долин). Для этого необходимо предварительно выбрать тип заземлителя, задаться формой, размером, числом электродов, условно разместить их на предоставленной площади.

Коэффициенты α2 и β2 определяются по формуле:

где ρ – расчетное удельное сопротивление основания, на котором стоит человек (пол, гравий, грунт);

Rh – сопротивление тела человека (1000 Ом – для расчетов).

При расчете сложного заземлителя в двухслойной земле (способом наведенных потенциалов) по заданному допустимому напряжению прикосновения сопротивление заземлителя определяют по формуле:

Однако α1 определяют не из таблиц, а по формуле:

;

а для случаев, когда ρ12≥1 – по упрощенному выражению:

где М – параметр, зависящий от отношения удельных сопротивлений верхнего ρ1 и нижнего ρ2 слоя земли (стр.141. Долин);

LГ – общая длина всех горизонтальных электродов, м;

S – площадь территории, занимаемая заземлителем, м 2 ;

Lв – общая длина всех вертикальных электродов, м;

а – расстояние между вертикальными электродами.

При использовании естественного заземлителя (а это дает значительную экономию средств) допустимое сопротивление искусственного заземлителя вычисляется по формуле:

Где Rе – сопротивление естественного заземлителя, Ом.

В электроустановках выше 1000В с эффективно заземленной нейтралью (учитывая требования по допустимому сопротивлению) размещение электродов должно обеспечить наиболее полное выравнивание потенциала на площадке, занятой электрооборудованием.

С этой целью заземляющее устройство должно быть выполнено в виде горизонтальной сетки из продольных и поперечных проводников, уложеных на глубине 0,5 – 0,7 м и вертикальных электродов. При этом контурный электрод, образующий периметр сетки, должен охватывать как распределительное устройство, так и производственные здания и сооружения защищаемого объекта.

После сравнения Rз.у и Rз.у.доп в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью вычисляют потенциал заземляющего устройства в аварийный период, который не должен превышать 10 кВ:

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.
Читайте также:  Лампа дневного освещения: устройство прибора со стартером и без, виды лампочек, схема подключения

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.

Защитное заземление. Основная и дополнительная системы уравнивания потенциалов. Сторонние проводящие части

Защитное заземлениезаземление, выполняемое в целях электробезопасности.

Защитное заземление —это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Цель защитного заземления—снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие,- ток, проходящий через тело человека, при его прикосновении к корпусам.

При электрическом переменном токе промышленной частоты (50 герц) берут во внимание только активное сопротивление человека (его тела) и соотносят его с величиной равной 1 кОм. При длительном прохождении тока сопротивление тела снижается до 500 – 300 Ом.

Примечание: сопротивление тела человека постоянному току от 3 до 100 кОм.

Расчеты, приведенные на рисунках, весьма приблизительны, но показывают оценить эффективность защитного заземления.

Существенное влияние на ток, проходящий через человека, оказывает величина тока короткого замыкания и сопротивление системы заземления. Наибольшее допустимое значение сопротивления заземления в установках до 1000 В: 10 Ом — при суммарной мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее, 4 Ом — во всех остальных случаях.

Указанные нормы обосновываются допустимой величиной напряжения прикосновения, которая в сетях до 1000 В не должна превышать 40 В.

Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а в сетях напряжением 1000 В и выше — с любым режимом нейтрали.

1. Каждый корпус электроустановки должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления. Последовательное включение нескольких заземляемых корпусов электроустановок в заземляющий проводник запрещается.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземлители

1.Естественные

– водопроводные трубы, проложенные в земле (ХВ)

– металлические конструкции здания и фундаменты, надежно соединенные с землей

– металлические оболочки кабелей

– обсадные трубы артезианских скважин

– газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями

– алюминиевые оболочки подземных кабелей

– трубы теплотрасс и горячего водоснабжения

Соединение с естественным заземлителем должно быть не менее чем в двух разных местах.

2. Искуственные

Контурные

Выносные: групповые и одиночные

Позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта.

Традиционно, для искусственных заземлителей применяют угловую сталь толщиной полки не менее 4 мм, стальные полосы толщиной не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром от 10 мм.

Широкое распространение в последнее время получили глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами, которые по долговечности и затратам на изготовление заземлителя существенно превосходят традиционные методы.

Особая проблема – создание качественного заземления в условиях вечной мерзлоты. Здесь стоит обратить внимание на системы электролитического заземления, позволяющие эффективно решить проблему.

Подробную информацию о различных схемах зазелителей, способах расчета и консультации можно получить на сайте www.zandz.ru

Основная система уравнивания потенциалов.

Построение основной системы уравнивания потенциалов – создание эквипотенциальной зоны в пределах электроустановки с целью обеспечения безопасности персонала и самой электроустановки при срабатывании системы молниезащиты, заносе потенциала и коротких замыканиях.

Основная система уравнивания потенциаловв электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

1 ) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;

2 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;

3 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;

4)металлические трубы коммуникаций , входящих в здание…

5 ) металлические части каркаса здания;

6 ) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….

7 ) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;

8 ) заземляющий проводник функционального ( рабочего ) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

9 ) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов. (ПУЭ п. 1.7.82)

Несоединенный с ГЗШ элемент конструкции, инженерной системы, независимой системы рабочего заземления ( FE ) и тд. – грубейшее нарушение целостности основной системы уравнивания потенциалов. Появление разности потенциалов ( возможность искры ) – угроза жизни персонала и безопасности объекта.

Примечание: разрядник, указанный на рисунке – специализированный искровой разрядник с малым напряжением срабатывания для систем уравнивания потенциалов. Например: серии «KFSU», «EXFS..» компании DEHN.

Система дополнительного уравнивания потенциалов

должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток (ПУЭ п. 1.7.83).


Система дополнительного уравнивания потенциалов значительно улучшает уровень электробезопасности в помещении. Короткие проводники защитного заземления и уравнивания потенциалов, сведенные на шину, формируют эквипотенциальную зону по принципу аналогично основной системы уравнивания потенциалов.

Как видно из рисунков, схема электропитания претерпевает существенные изменения. Чрезвычайно важно обеспечить соединение контактов заземления розеток и клемм заземления стационарных приборов на шину дополнительного уравнивания потенциалов. При этом, даже если не будет выполнено соединение корпусов приборов с шиной ( безалаберная эксплуатация, особенно переносных приборов ) система сохранит свою эффективность по безопасности. Ситуация, когда земли розеток и приборов не подключены к шине, а сторонние проводящие части гарантированно соединены с шиной уравнивания потенциалов, в разы ухудшает электробезопасность в помещении даже по сравнению с классической схемой питания.

Сторонняя проводящая частьпроводящая часть, не являющаяся частью электроустановки.

Если формально подходить к определению, то и металлическая дверная ручка и петли на деревянной двери в деревянном доме являются сторонними проводящими частями.

При формировании дополнительной системы уравнивания потенциалов возникает вопрос, что подключать, а что не подключать на шину дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы добиться необходимого уровня электробезопасности и не делать систему слишком громоздкой. Здесь, с точки зрения здравой логики, можно руководствоваться двумя принципами:

  1. Фактическая ( потенциальная ) возможность связи с «землей».
  2. Возможность появления потенциала на сторонней проводящей части при аварии электрооборудования в процессе эксплуатации.

Примеры сторонних проводящих частей подключаемых / не подключаемых к шине дополнительного уравнивания потенциалов:

Сторонняя проводящая часть

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.

Металлическая полка, закрепленная на стене из железобетона.

(потенциальная связь с «землей» за счет крепежа к стене)

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.

На полке расположен электроприбор.

(возможность появления потенциала при аварии прибора с классом изоляции I)

Металлическая тумбочка с резиновыми (пластиковыми) колесиками на бетонном полу.

Металлическая тумбочка с резиновыми колесиками на бетонном полу.

В помещении грязь и пыль в сочетании с повышенной влажностью.

(потенциальная связь с «землей» за счет загрязнения и повышенной влажности)

Некоторое количество вопросов с уравниванием потенциалов возникает по ванным и душевым помещениям. Современные требования и рекомендации по устройству системы дополнительного уравнивания потенциалов изложены в циркуляре № 23/2009.

Широкое применение пластиковых труб породило закономерный вопрос: является ли водопроводная вода сторонней проводящей частью и возможен ли занос потенциала через воду….

Ответ, содержащийся в циркуляре, несколько настораживает:«Водопроводная вода нормального качества …не рассматривается как сторонняя проводящая часть.»

К сожалению, вода нормального качества из наших кранов течет не всегда и лучше перестраховаться, используя токопроводящие вставки на отводах от стояков водопровода подключив их к шине дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы не подключать отдельно каждый кран. Этот метод в качестве рекомендуемого описан в этом же циркуляре.

Практика выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Фактически наиболее распространены пять вариантов выполнения шин системы дополнительного уравнивания потенциалов:

Вариант 1. С использованием стандартных коробок уравнивания потенциалов ( КУП ).

Вариант 2. Стальная шина 4х40 ( 4х50 ) с приварными болтами опоясывающая помещение.

Вариант 3. Стальная шина, уложенная в стандартный пластиковый короб.

Вариант 4. Использование шины заземления в РЩ ( для небольших помещений ).

Вариант 5. С использованием специализированного щитка типа ЩРМ – ЩЗ

( встроенный щиток с шиной 100 мм 2 ( Cu ) со степенью защиты IP54 ).

Главные требования нормативов по устройству шины дополнительного уравнивания потенциалов содержат два требования:

– возможность осмотра соединения

– возможность индивидуального отключения

  1. Длина проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющих контакты штепсельных розеток, сторонние проводящие части и корпуса электрооборудования не должна превышать 2,5 м.( ? ). Сечение 4 мм 2 Сu ( ПВ-1, ПВ-3 ). См. ПУЭ 1.7.82 рис. 1.7.7.
  2. Для электроустановки здания, где применяются негорючие ( ВВГ нг –FRLS…) кабеля, следует с осторожностью использовать кабеля марки ПВ-1, ПВ-3 ( проводники уравнивания потенциалов от дополнительной системы уравнивания потенциалов до ГЗШ или щитовой шины заземления ). Данный тип кабеля, будучи уложенным вместе с негорючими кабелями, формально превращает всю систему в распространяющую горение. В большинстве случаев контролирующие органы относятся к этому спокойно, но в некоторых случаях стоит применить негорючие одножильные кабеля той же марки с нанесением соответствующей маркировки.
  3. Для зданий детских дошкольных учреждений, больниц, специальных домах престарелых и тд. применяемые пластиковые короба должны иметь сертификат о не выделении токсичных веществ при горении. Тоже касается линолеума. Поставляемые в Россию короба Legrand, ABB … таких сертификатов не имеют. Как вариант – короба фирмы DKC в которых в качестве отбеливающего вещества используется мел и есть все необходимые сертификаты.

МЕД. ГОСТ Р 50571.28 п. 710.413.1.6.3 « Шина уравнивания потенциалов должны быть расположены в самом медицинском помещении или в непосредственной близости от него. В каждом распределительном шкафу или в непосредственной близости от него должны быть расположена шина системы дополнительного уравнивания потенциалов, к которой должны быть подключены проводники…»

Для учреждений здравоохранения в помещениях гр.1 и особенно в помещениях гр.2 (чистые помещения) удобно воспользоваться вариантом № 5, схема которого представлена на рисунке.

Добавить комментарий