Роль защитного заземления. Назначение и устройство защитного контура заземления

Организация надежной системы защитной электробезопасности – одно из основных условий, предотвращающих нанесение вреда пользователям электроустановок. Она обеспечит защиту не только человеку, но и приборам. Грамотно рассчитанное и смонтированное защитное заземление предотвратит негативное воздействие обширного спектра непредсказуемо возникающих циркулирующих токов, устранит их замыкание на корпусах. В результате будет исключена вероятность травмирующих поражений, а также выход из строя сложных технических устройств.

Цель защитного заземления заключается в создании электрического соединения с землей нетоковедущих металлических элементов, находящихся под угрозой возникновения напряжения. Причиной нежелательного возникновения напряжения могут быть разряды молнии, замыкание на корпус, вынос потенциала, индукция, появляющаяся под влиянием расположенных рядом токоведущих устройств или их частей и ряд иных ситуаций. Соединение может производиться с грунтом или его эквивалентом, таким как морская или речная вода, залегающий в карьере каменный уголь, другие природные или искусственно созданные объекты с аналогичными свойствами.

Действие системы защитного заземления

Работа системы защитного заземления заключается в снижении параметров напряжений шага и прикосновения, в приведении их к безопасным значениям. В результате грамотного устройства заземляющей системы:

• уменьшается потенциал заземленного электрического оборудования;
• выравниваются параметры потенциала основания, на котором стоят пользователи, и потенциала заземленной технической установки.

Важно. При отсутствии заземления электроустановки прикасаться к ее корпусу так же опасно, как прикасаться к фазному проводу электросети.

r — сопротивление заземляющих устройств
u — напряжение прикосновения

Базирующийся на сокращении значений или на выравнивании потенциалов заземляемой электрической техники принцип действия защитного заземления способствует уменьшению напряжения корпуса относительно используемого для заземления объекта, в качестве которого зачастую используется грунт. Благодаря чему ток, проходящий через тело пользователя, и напряжение прикосновения (шага) достигнет абсолютно безопасных для человека и техники значений.

Функция заземления будет выполняться полноценно, если показатели тока замыкания на землю не станут увеличиваться за счет уменьшения сопротивления заземлителя. Данному условию полностью соответствуют сети с изолированной нейтралью – с устройством генератора или трансформатора, не присоединенным к заземляющей системе или соединенным с ней через большое сопротивление различных измеряющих, сигнализирующих, защищающих приборов.

Как производятся расчеты

Принципиально расчет защитного заземления состоит в точном определении основных параметров. Они требуются для создания схемы, формирующей максимально безопасные напряжения шага и прикосновения, которые появляются в момент замыкания фазы на корпус. На основании расчетных значений, входящих в допустимые пределы, вычисляется количество и размеры заземлителей, планируется порядок размещения одиночных элементов.

Классификация заземляющих устройств

По происхождению заземлители делятся на две категории, при производстве расчетов необходимо учитывать их специфические различия и особенности:

• Естественные объекты, представленные сторонними проводящими частями, непосредственно контактирующими с землей. К категории естественных заземлителей также отнесены объекты, электрический контакт которых с землей производится через промежуточную токопроводящую среду.

В естественный заземлитель грунт устанавливаются (забиваются, опускаются в выбуренные скважины) вертикальные элементы, соединенные между собой горизонтальными

Кроме грунта и воды к категории естественных заземлителей относят металлические трубы водопроводных и иных коммуникаций, проложенных траншейным способом. В качестве заземлителей естественного происхождения не могут быть применены трубопроводы с горючими и взрывоопасными веществами, магистрали, сооруженные с частичным использованием ПВХ труб и деталей. Призванное обеспечить безотказный функционал электрооборудования в аварийных и нормальных условиях рабочее и защитное заземление, устраняющее вероятность поражений, в основном устанавливают в землю.

• Искусственные заземлители, представленные чаще всего вертикальными или горизонтальными электродами.

Метод расчета параметров

Для выполнения расчетов требуются следующие данные:

• характеристики конкретного электрооборудования, такие как тип установки и ее основных устройств, рабочие напряжения, возможные способы для осуществления заземления нейтралей трансформирующих и генерирующих приборов;
• размеры и конфигурация электродов, дающих возможность учесть предполагаемую глубину их погружения в грунт;
• сведения об измерениях удельного сопротивления грунтового слоя на территории, обустраиваемой системой заземления, характеристики конкретной климатической зоны (получить их можно в местной метеослужбе);

Важно. При размещении системы защитного заземления в двух грунтовых слоях необходимы данные об удельном сопротивлении каждого из них, нужны будут точные данные о мощности верхнего слоя.

• сведения о наличии пригодных естественных заземлителей, о том, какие объекты могут быть использованы для заземления, потребуются также реальные показатели сопротивления растеканию тока этих объектов, полученные посредством измерения;
• точные показатели расчетного тока замыкания на землю, вычисленные стандартным способом;
• расчетные характеристики допустимых нормами и правилами ПЭУ напряжений, период действия заземляющей защиты, что необходимо, если расчеты производились по значениям напряжения прикосновения и по значениям напряжения шага.

Преимущественно защитное заземление и зануление электроустановок рассчитывают для случаев установки элементов системы заземления в однородном грунте. Однако сейчас разработаны и применяются методы расчетов с расположением заземлителей в неоднородной по составу земле.

• Расчет заземлителей, располагаемых в однородной среде, требует учета значений сопротивления сезонно промерзающего слоя в периоды промерзания и высыхания земли. Для получения точных значений используются специальные коэффициенты, применяемые в расчетах для систем заземления любой сложности.
• Расчет заземлителей, устанавливаемых в двух или более слоях грунта, требует учета значений сопротивления всех слоев. Расчет базируется на учете всех потенциалов, наведенных на устанавливаемые электроды, входящие в сложную конструкцию из группы заземлителей.

Независимый от способа расчетов общий для всех схем параметр – требуемое сопротивление, определяемое в соответствии с нормативными регламентами ПЭУ.

Для электрооборудования с напряжением до 1 кВ расчет сопротивления заземляющего элемента, входящего в систему защитного заземления с изолированной нейтралью (типа IT), выполняют в соответствии с условием:

В данном неравенстве переменная R з является значением сопротивления заземляющего устройства (выражается в Ом), постоянная величина U пр.доп. – параметром напряжения соприкосновения (50 в), I з – суммарная величина замыкания на землю, выраженная в А.

По нормативным требованиям значение R з варьирует в пределах от 4 Ом до 10 Ом (к значению нижнего предела не предъявляют особых требований, верхний – предельно допустимый параметр) при условии, что мощность питающих сеть и подключенных параллельно трансформаторов и генераторов не выше 100 кВА.

Для организации защитного заземления установок с более высоким напряжением в расчетах применяют иные величины:

• 0,5 Ом в электросетях с эффективно заземленной нейтралью со свойственными им большими токами на землю;
• не выше 10 Ом при 250в напряжения соприкосновения в системах с изолированной нейтралью (условие действительно при малых токах на заземляющий объект для оборудования с напряжением больше 1000 В).

Обратите внимание. Предпочтительны минимальные параметры сопротивления заземляющих контуров. Чем меньше его значение, тем эффективней будет движение тока через объекты с наименьшим сопротивлением.

Рассчитываемое для монтажа системы заземления сопротивление растеканию тока, вычисляемое для заземлителя, в процессе эксплуатации может увеличиться. Значение его необходимо постоянно контролировать.

Схема и монтаж контура

В многоквартирных домах для защиты жильцов от поражения устанавливаются автоматические выключатели, производящие зануление (обесточивание) электрической сети в случае пробоя изоляции или замыкания.

В автономном жилье и на дачах из-за отсутствия технической возможности установки отключающей автоматики требуется устройство защитного заземления, что можно осуществить, обратившись к электрикам, или сделать собственными руками.

Линейная схема расположения заземлителей, заглубленных до скального грунта

Система заземления без глубинного заземлителя

Элементы контура, в состав которого не входит глубинный заземлитель, могут устанавливаться в ряд или располагаться в виде какой-либо геометрической фигуры. Форма контура зависит от особенностей участка. Данный способ применим при протяженности линий заземления до 3х метров.

• Заглубляются вертикальные заземлители. Расстояние между устанавливаемыми вертикально в грунт заземлителями рассчитывают, исходя из длины данных частей заземляющей системы. Это нужно для минимизации экранирования, так как, чем ближе расположены элементы, тем больше экранирующий эффект.

• Выполняется поэтапный замер реальных значений сопротивления единичных заземлителей. Они должны быть установлены в количестве, обеспечивающем формирование минимального сопротивления.

Обратите внимание. Зачастую для заземления равных по площади земельных участков используется разное количество заземляющих элементов, так как на величину сопротивления оказывает влияние удельное сопротивление грунта.

• Выполняется соединение единичных заземлителей. Заземлители, имеющие антикоррозионное покрытие соединяются с использованием специальных соединителей. Устройства заземления из черного металла соединяются исключительно с помощью сварки, швы покрываются битумной мастикой.

Соединение с помощью болтов допустимо только в случае установки элементов с антикоррозионным покрытием;
Присоединение заземляющего провода к контуру из черного метала выполняется посредством сварки с последующим креплением с помощью болта

Групповая система с искусственными заземлителями

Это несложная, доступная для самостоятельного выполнения схема защитного заземления с контуром в форме равнобедренного треугольника. Данную электрозащитную систему располагают в метре от нижней границы цоколя или стены.

• В соответствии с выбранной конфигурацией выкапывается траншея глубиной 0,8 метров. Длина каждой из сторон треугольника 3 м.
• В вершинах треугольника желательно выбурить скважины трехметровой глубины. Если решено было забивать вертикальные заземлители кувалдой, достаточно будет скважин по 1,5 м.

Схема группового контура защитного заземления

Обратите внимание. Забивать гораздо легче предметы с заостренными концами. Заострите болгаркой материал, который собираетесь забивать.

В качестве материала для вертикальных заземлителей подойдет металлическая труба с диаметром 50 мм, стальной пруток 10 мм, уголок со стороной 50 мм. Потребуется три отрезка длиной по три метра. Горизонтальный заземляющий элемент можно сделать из девяти метров стальной полосы толщиной 4мм, шириной 40 мм.

• Затем смонтированный контур заземления соединяется посредством сварки с проводником. Его делают из круглого прутка или полосовой стали. Он соединяется с естественным заземлителем.

План расположения элементов треугольного контура защитного заземления

Смонтированный контур успешно выполнит назначение защитного сопротивления, если будет подключен к проложенному в земле стальному водопроводу, к металлическим обсадным трубам водозаборных скважин, к иным ж/б и металлическим конструкциям. После установки защитного заземления все траншеи и выработки необходимо заполнить однородным грунтом без включений щебня и строительного мусора.

Просмотр видео-ролика поможет наглядно представить принцип действия и способ устройства простейшего заземления для загородного дома:

Получив представление о том, что называется защитным заземлением, узнав о способах устройства электрозащитной системы можно без опасений приступать к самостоятельному монтажу. Не нужно забывать об измерении величины сопротивления после установки. Если нет соответствующих приборов и навыков, требуется вызвать электриков.

Защитное заземление используется для того, чтобы обезопасить человека от поражения электрическим током при прикосновении не только к токонесущим элементам, но и корпусу или другим деталям электрических установок. Это может произойти в случае короткого замыкания, когда металлические элементы электроустановки находятся под напряжением 220В, и даже корпус любого бытового прибора может оказаться для человека смертельным. Основной принцип работы заземления – обеспечение соприкосновения деталей, которые не несут в себе ток, с землей или подобными ей по свойствам материалами (к примеру, каменным углем или другими эквивалентами по ГОСТу), благодаря чему потенциал тока снижается до безопасного уровня. Чтобы это работало, в земле необходимо разместить металлическую деталь – заземлитель, а к нему должен вести провод, соединяющий заземлитель непосредственно с самой электрической установкой.

Кроме того, существует еще одна функция заземления – некоторым приборам он помогает снизить уровень помех. Принцип этого действия заключается в том, что высокочастотный ток уходит в землю, тем самым прибор (пример – мощный электродвигатель) не создает помех окружающим электроустановкам. Если действие заземления направлено именно на улучшение качества работы электрооборудования, на повышение терминов его эксплуатации, то подобная система называется рабочим заземлением. Рабочее заземление согласно требованиям по госту применяется на трансформаторах и электрогенераторах, крупных электростанциях, к нему также относят заземление громоотводов и молниеотводов.

Существует два типа заземления:

• естественное;
• искусственное.

К тому или иному виду можно отнести заземление прибора по характеру его заземлителей. К естественным заземлителям можно отнести привычные подземные металлоконструкции, исполняющие по требованию двойную функцию. Это могут быть обыкновенные водопроводные трубы (если только они не транспортируют горючие жидкости или газы), металлоконструкции, которые являются фундаментом здания (к примеру, сваи) и т.д. Все остальные способы заземления относятся к искусственным (установка специальных металлических стержней и др.). Стоит отметить, что монтаж защитного заземления может осуществлять только специалист-электрик, который будет учитывать не только необходимые параметры напряжения, но и сопротивление грунтов, и другие немаловажные факторы.

Когда от заземлителя электричество попадает в землю, небольшое количество тока распространяется вокруг него и может нанести вред человеку, оказавшемуся поблизости. Эта окружность вокруг металлического заземлителя называется радиус поражения. Обычно сила тока стоящему на земле не приносит больших повреждений (на это влияет уровень сопротивления грунта и изначальная сила тока), исключение составляет случай, когда человек оказывается поблизости громоотвода.

В случае если человек оказался непосредственно в радиусе поражения электрического тока, напряжение которого не очень велико, передвигаться следует как можно более мелкими шажками, желательно не отрывая ноги от земли. Это и называется принципом шагового напряжения. Таким образом, действие на организм человека будет наименьшим.

Различают два типа заземляющих устройств относительно их расположенности относительно самого электроприбора:

• выносное;
• контурное.

Особенность выносного заземлителя в том, что он находится за пределами площадки, на которой расположена сама электроустановка. Контурное заземление проходит по периметру зоны размещения электроустановки (т.е. по контуру), а, возможно, и внутри. Действие самих заземлителей от этого практически не меняется, они все равно обеспечивают высокий уровень безопасности, если сооружены согласно требованиям.

Для того чтобы посчитать, какое количество заземлителей вам понадобится и на каком расстоянии их расположить, придется произвести расчет защитного заземления. Сопротивление растекания тока от 1 элемента заземления металлического стержня рассчитывается по такой формуле:

Для расчетов по этой формуле нужно знать длину и диаметр стержня-заземлителя, удельное сопротивление грунта (которое можно найти по таблице, зная, в какую землю вы будете погружать заземлители) и расстояние от земли от середины стержня.

Этот пример наглядно показывает, как самому определить, сколько стержней надо будет использовать для того, чтобы заземлить электроприбор. Полученное значение нужно округлить до ближайшего целого в большую сторону.

Также есть схема, по которой рассчитывается сопротивление тока для горизонтальных заземлителей. Для этого необходимо знать длину и ширину самих металлоконструкций, коэффициент сезонности и коэффициент спроса. Если горизонтальные стержни расположены по контуру, то длина каждого равна расстоянию между ними L=a.

Если вы самостоятельно решили определить контур для будущего заземления, то лучше всего подойдут контуры геометрических фигур. В зависимости от площадки, которая у вас имеется, можно выбрать контур квадрата, прямоугольника или прямой линии. Но самой оптимальной формой для периметра заземления считается треугольник. Для частного дома равносторонний треугольник – чрезвычайно удобный контур, потому что он позволяет току равномерно растекаться во все стороны и не экранировать.

Для того чтобы точно узнать значение сопротивления контура вашего заземляющего механизма, проще всего использовать специальный электроприбор. Он показывает уровень не только контурного сопротивления, но и поможет без справочной информации узнать сопротивление грунта при самодельном заземлении на частной территории.

Стандарты ГОСТа по электробезопасности

Статья ГОСТ 12.1.030-81 четко регламентирует правила соблюдения электробезопасности в сетях с различным напряжением (до 1000 В и более 1000 В), с постоянным или переменным током. Рекомендуется соблюдать принцип безопасности абсолютно для любых электроустановок, они все должны быть либо заземлены, либо занулены. Согласно требованиям ГОСТа в первую очередь заземлителями должны выступать естественные подземные конструкции, но при этом необходим контроль того, чтобы они были прочными, химически и термически устойчивыми, могли обеспечить необходимую защиту в любое время года. Все переносные и ручные заземлительные установки должны также находиться под контролем, и проходить необходимую проверку.

Для сетей, в которых напряжение достигает более 1000 В с изолированной нейтралью, сопротивление заземляющего устройства по ГОСТу не может быть более чем R=250/L где L – максимальная сила тока. Если же удельное сопротивление земли больше чем 500 Ом, то в формулу вводится дополнительный повышающий коэффициент.

Исходя из «Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», записанных в требованиях ГОСТа, все заземляющие устройства проходят контрольную проверку при первичном монтаже, а также в процессе эксплуатации через определенный промежуток времени, чтобы убедиться, что они соответствуют нормам безопасности.

Заземление и зануление

Защитное заземление и зануление в электроустановках - это похожие процессы, которые несут в себе одну и ту же функцию, но осуществляются немного по-разному. Обе эти схемы используются для того, чтобы обезопасить пользователя электроприборов от поражения током. При заземлении провод от установки должен соединяться с землей, а при занулении – с нулевым проводом.

Нулевыми проводниками могут служить:

1. Естественные конструкции – трубопроводы, металлические сваи, производственные стальные элементы.
2. Отдельная жила из многожильного кабеля или провода.
3. Специальный отдельный проводник.
4. Алюминиевая кабельная оболочка.

Даже в обычном жилом доме существует ряд установок, которые обязательно требуют заземления. К ним относятся:

• электрощитки;
• электрические шкафы;
• металлические корпуса бытовых электроприборов;
• металлокорпуса электрического оборудования.

Согласно ГОСТу во всех жилых домах защитное заземление обеспечивает безопасность основных электроустановок, а также, естественно, имеет свой собственный заземлитель источник внешнего питания дома - трансформатор. Эти требования предъявляются и ко всем новостройкам, которые не могут быть сданы в эксплуатацию без проверки уровня электробезопасности.

У бытовых приборов, которые сделаны по современному образцу, в вилке уже имеется три проводка, один из которых связан непосредственно с корпусом. Такой же третий проводок предусмотрен и в розетках. Благодаря этому, обычному человеку не стоит беспокоиться о безопасности при подключении мелких электроприборов, они зануляются без вмешательства извне и при коротком замыкании не несут в себе угрозы. Крупные бытовые электроприборы вроде стиральных машин или электроводонагревателей рекомендуется устанавливать специалисту, который ознакомлен с требованиями по ГОСТу защитного заземления либо зануления.

Есть два типа сетей, которые можно встретить в современных домах. Это однофазная и трехфазная. Каждая из них имеет 1 нулевой защитный проводник, 1 рабочий ноль и 1 или 3 соответственно фазовых провода. В современных постройках уже есть зануление, либо заземление всех основных электроустановок, но в старых жилых постройках этого не предусмотрено, поэтому жильцам необходимо самим озаботиться этим процессом.

Как самостоятельно сделать заземление в квартире (доме)

Если вы живете в старой постройке или хотите обезопасить свой частный дом или коттедж, рассмотрите в качестве альтернативы несколько схем заземления.

Один из способов – использовать вместо заземления зануление. Для этого необходимо присоединить корпус к нейтрали (нулевому проводнику). По этому принципу при резком появлении напряжении на корпусе произойдет короткое замыкание нуля и фазы, за счет чего напряжение сильно повысится, и сработают предохранители (автоматы защиты).

Подобная схема может быть опасна, если ею занимается не профессионал, который может элементарно перепутать фазу с нулем. Также при обрыве нулевого провода все корпуса электроприборов окажутся под напряжением, что сделает их потенциально опасными.

Также, если вы используете трехфазные электроприборы, которые не нуждаются в нулевом проводнике, то можно применить схему, именуемую в международной терминологии как IT. Ее особенность в том, что каждый электроприбор должен иметь свой собственный заземлитель. Альтернативой ей являются стандартные схемы TT и TN-С-S. Их механизм прописан согласно гостовским требованиям, которые можно найти в интернете или специальной литературе.

Переносные конструкции защитного заземления

Во многих ситуациях необходимо придерживаться дополнительной безопасности при ведении работ рядом с электроустановками. Не смотря даже на то, что общее напряжение может быть отключено, заземлить отдельные конструкции желательно, если вам необходимо работать непосредственно с ними. Стационарное устройство защитного заземления может дать сбой, и возникнет напряжение в элементах, с которыми работает мастер. Чтобы этого не произошло, используются мобильные переносные заземлители. Они могут занулить внезапно возникшее напряжение, тем самым обезопасив людей, работающих на отдельных элементах электроустановок. Такая электробезопасность должна соблюдаться на всех крупных промышленных предприятиях, заводах, электростанциях.

Переносных заземляющих установок встречается несколько видов в зависимости от формы и предназначения:

• штанговые переносные конструкции;
• бесштанговые переносные конструкции;
• штанговые переносные конструкции с металлическими звеньями.

Чаще всего переносные защитные механизмы используются для проведения ремонтно-монтажных работ на воздушных линиях или распределительных электроустановках. Принцип их действия заключается в том, что они состоят из трех основных элементов: токопроводящей детали, контактной и собственно изолирующего элемента (их может быть несколько).

К подобным переносным конструкциям применяются очень высокие требования, ведь от их качества непосредственно зависит жизнь человек. Во-первых, они должны быть крепкими, чтобы зажимы, которые крепятся к проводам или контактам, не соскакивали и не ломались от манипуляций электромонтажников. Во-вторых, все элементы переносной установки должны быть сделаны из высокоустойчивых материалов, которые не расплавятся от напряжения при коротком замыкании.

Можно сделать вывод, что для всего электрооборудования (от крупномасштабного, питающего целые районы электричеством, до мелкой бытовой техники) используют системы защитного заземления или зануления. Назначение защитного заземления – свести риск поражения людей током к минимуму или уменьшить силу напряжения до безопасного уровня. Если соблюдены все основные требования по монтажу этих конструкций, то человеку не грозит быть пораженным высоким напряжением при коротком замыкании, утечке тока или повреждении электропроводки.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжение вследствие замыкания на корпус. Назначение заземления – устранение опасности поражения электротоком в случае соприкосновения к корпусу.

Защитным устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называется проводник или совокупность металлически соединенных между собой проводников, находящихся в соприкосновении с землей.

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

Выносное характеризуется размещением заземлителя за пределами площадки, на которой размещено оборудование или сосредоточено в части этой площадки. Его используют в установка до 1000 В.

Контурное характеризуется размещение электродов по контуру площадки, на которой находится оборудование.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления и естественные – находящие в земле металлические предметы иного назначения. В качестве искусственных применяют вертикальные и горизонтальные. Вертикальные – стальные трубы диаметром 5-6 см или прутковая сталь, диаметром не менее 10 мм. Для связи вертикальных и в качестве самостоятельных применяют полосовую сталь сечением 4*12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Работа заземления зависит от типа грунта, типа и размера проводника, климатических условий.

48. Назначение и принцип действия защитного зануления

Зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением с глухозаземленной нейтралью. Проводник, обеспечивающий указанные соединения называется нулевым защитным проводником.

Назначение зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу. Принцип действия – превращение замыкания на корпус в короткое замыкание с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты (плавкие предохранители и тд) и автоматически отключить поврежденную установку от сети. И снижает напряжение зануленных металлических нетоковедущих частей.

49.Назначение и принцип действия защитного отключения

Защитным отключением называется система за­щиты, обеспечивающая безопасность путем отключения аварий­ного участка или сети в целом при возникновении замыкания на корпус или непосредственно на землю, с временем действия не более 0,1-0,2 с. Основными элементами защитного отключения являются прибор защитного отключения и автоматический выключатель. Основные требования следующие:

Высокая чувствительность – способность реагировать на малые изменения;

Малое время отключение;

Селективносить действия – избирательность – способность отключать от сети лишь поврежденные объекты;

Способность осуществлять самоконтроль исправности;

Достаточная надежность – постоянная готовность к действию.

Одной из наиболее эффективных мер защиты отопасности поражения током в случае прикосновения к металлическим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением, является защитное заземление. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам. Замыкание на корпус возможно в результате повреждения изоляции, касания токоведущей части корпуса машины, падения провода, находящегося под напряжением, на нетоковедущие металлические части и т.п.

Принцип действия защитного заземления заключается в следующем. Допустим, что корпус токоприемника не заземлен и он находится под напряжением замкнувшейся фазы. Прикосновение человека к такому корпусу равносильно непосредственному прикосновению к фазному проводу. Сопротивление человека будет включено между корпусом и землей. Через человека пройдет ток который может оказаться опасным для его жизни.

Чтобы уменьшить эту опасность и снизить значение тока, проходящего через тело человека, до безопасной величины, корпус токоприемника заземляют, в результате которого создается цепь, шунтирующая тело человека н обеспечивающая для токозамыкания путь с малым сопротивлением. При этом большая часть тока замкнувшейся фазы течет через заземляющее устройство, минуя тело человека. Напряжение, под которым окажется человек, при коснувшийся к корпусу, т.е. напряжение прикосновения, будет невелико и значительно меньше фазного. Если учесть, что сопротивление защитного заземления имеет величину 4 Ом и напряжение замыкания равно 380 В, то ток через тело человека при наличии защитного заземления будет порядка 1 мА и напряжение прикосновения порядка 1 В, что опасности не представляет.

Защитное заземление должно применяться в трехфазных трехпроводных сетях с изолированной нейтралью напряжением до1000В и в сетях с напряжением выше 1000В с любым режимом нейтрали. Заземление нетоковедущих частей электроустановок необходимо выполнять:

в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках - при номинальных напряжениях выше 42В, но ниже 380В переменного тока и выше НОВ, но ниже 440 В постоянного тока;

в помещениях без повышенной опасности-при напряжениях 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока;

во взрывоопасных помещениях-при всех значениях напряжений переменного и постоянного токов.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов и аппаратов, каркасы распределительных щитов и шкафов, металлические корпуса осветительных приборов и оболочки кабелей, стальные трубы электропроводки и другие металлические конструкции, связанные с установкой и ограждением оборудования, металлические корпуса передвижных и переносных токоприемников и др.

Не заземляют корпуса электрооборудования, установленного на заземленных металлических конструкциях и имеющего с ним надежный электрический контакт по опорным поверхностям; осветительная арматура при установке ее на деревянных конструкциях; корпуса электроприемников с двойной изоляцией; корпуса электроизмерительных приборов, реле, установленные на щитах, щитках и в шкафах.

Устройство заземления. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель - проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей. Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем. По расположению заземлителей относительно заземленных корпусов заземления делятся на выносные и контурные. Заземление электрооборудования на станциях, как правило, выносное. При устройстве защитного заземления в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители: проложенные в земле и находящиеся в соприкосновении с ней водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей.

Если естественных заземлителей нет или они не отвечают требованиям ПУЭ, то нужно устраивать искусственные заземлители. В качестве искусственных заземлителей применяются вертикально забитые в землю: стальные стержни диаметром 10-16 мм и длиной 4,5 - 5 м, угловая сталь с шириной полок от 40Х40 до 60Х6О мм и толщиной не менее 4 мм, стальные трубы диаметром 25-30 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм. Длина вертикальных заземлителей из угловой стали или труб 2,5-3 м, Заземлители погружаются (забиваются) в грунт в специально подготовленной траншее. Для соединения вертикальных электродов между собой и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 48 мм 2 и толщиной не менее 4 мм или сталь круглого сечения диаметром не менее 10 мм. Искусственные заземлители и соединительные проводники не должны иметь окраски. Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земли подсушивается под действием тепла трубопроводов.

В зданиях прокладывается магистраль заземления, которая соединяется с заземлителями не менее чем в двух местах. В качестве заземляющих защитных проводников (магистралей и ответвлений) могут быть использованы: специально предусмотренные для этой цели проводники; металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т.п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, шахты лифтов и т.п.); стальные трубы электропроводки; металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ и смесей, канализации и центрального отопления и др. Эти проводники, конструкции и другие элементы должны по проводимости удовлетворять требованиям ПУЭ, обеспечивать непрерывность электрической цепи на всем протяжении использования.

Рис. 5. Схема защитного заземления

u - напряжения прикосновения, r - сопротивление заземляющих устроиств

С помощью создания электрического соединения металлических конструкций промышленного и бытового оборудования с землей повышают безопасность в процессе его эксплуатации. Такой метод используется для предотвращения поражения человека электрическим током при возникновении аварийных ситуаций.

На рисунке ниже отображены основные принципы функционирования защитной системы. Даже при использовании качественных автоматических устройств, скорость их отключения будет недостаточной, чтобы полностью исключить возможность поражения человека электрическим током. При наличии заземления будет образована цепь с меньшим сопротивлением. Это снизит вредные воздействия на организм человека до безопасного уровня.

Защитное заземление – необходимый элемент безопасности, предотвращающий поражение электротоком

Принцип работы

Обычно его устанавливают для защиты при возникновении короткого замыкания. Если фазный проводник отсоединится и прикоснется к металлическому шасси установки, то корпус окажется под напряжением.

Правильно созданное защитное заземление образует электрическую цепь, имеющую низкое сопротивление. Именно этот путь является наиболее благоприятным для электрического тока, поэтому случайное прикосновение человека к корпусу не будет опасным (рис. выше).

Надо отметить, что такое устройство одновременно будет выполнять несколько важных функций:

1. Оно обеспечит защиту и в том случае, когда потенциально опасное напряжение на корпусе образовано не коротким замыканием, а индукционными токами. Такие ситуации возможны в установках с высоким напряжением и там, где допустимо воздействие излучения СВЧ.
2. При использовании глухозаземленной нейтрали и некоторых других схем подключения в цепи питания при коротком замыкании возникнут продолжительные и большие по амплитуде импульсы, достаточные для срабатывания автоматов, отключающих напряжение.
3. Если заземленное оборудование подвергнется удару молнии, то такой проводник обеспечит определенную защиту от повреждений.

По этой формуле рассчитывают сопротивление проводника защитной цепи между основной шиной и распределительным щитком: 50 х СЦФН/ НН. СЦФН – сопротивление в цепи ноль-фаза; НН – напряжение номинальное в вольтах.

Чтобы не ошибаться с терминологией, надо понимать действительное значение следующих названий:

• Рабочим называют заземление, которое выполняет функции второго проводника. Его используют для электрического питания установок, решения иных задач.
• Упомянутая выше защита от молнии не является целевым предназначением. Для обеспечения безопасности при грозах применяют специально предназначенные для этого устройства. Они рассчитываются на относительно большие величины токов и напряжений.

Схемы подключения

Чтобы выбрать оптимальный вариант необходимо знать, для каких целей применяется защитное заземление в конкретном случае. Ниже рассмотрены разные системы, их особенности, преимущества и недостатки.

Тип TN, с глухозаземленной нейтралью. По этой схеме подключается промышленное и бытовое оборудование, работающее в сетях с напряжением до и выше 1000 V. Нейтраль генератора (трансформатора) источника питания подключается к заземлителю. Устройства потребителей, а точнее корпуса, экраны, шасси, подсоединяют к общему проводнику.

Если электрическая схема создана в соответствии с международными стандартами, то по надписям можно понять следующее. Латинской буквой «N» обозначают «нулевой» проводник, который используется для работы оборудования. Его так и называют, функциональным. «PE» – проводник, использующийся для создания защитной цепи. Буквами «PEN» обозначают проводник, предназначенный для решения функциональных и защитных задач.

Чаще всего используют следующие схемы. Их наименования отличаются буквой, которую через дефис добавляют к «TN».

Схемы подключения

Наиболее часто используемые схемы подключения

Достаточно высокие риски возникают при использовании воздушных линий электропередач. Они могут быть повреждены ураганом, иными негативными внешними воздействиями. Для обеспечения высокого уровня безопасности применяют схему TT.

Глухозаземленную нейтраль подсоединяют к генератору. Передача энергии осуществляется по четырем проводам. У потребителя устанавливают автономную систему заземления, к которой подключаются корпуса оборудования.

Виды

Чтобы сопротивление было минимальным, желательно сократить длину защитного проводника. Это обеспечивают с помощью создания заземляющего контура по периметру объекта.

Выносные системы применяют при оснащении установок, которые работают с питающим напряжением до 1 000 V.

Заземлители разделяют также на искусственные и естественные. Это распределение по группам условно, так как в обоих случаях используются металлические части конструкций, находящиеся в земле:

• В первом – их создают специально, для системы заземления. Такой подход позволяет точно рассчитать сопротивление, размеры отдельных частей, иные важные параметры.

Естественный заземлитель – металлическая часть конструкции, находящейся в земле

• Второй вариант предусматривает подсоединение к металлическим частям конструкции здания, арматуре фундаментных блоков. Он экономичнее, так как для защиты применяются некоторые готовые детали. Однако надо учитывать, что для подключения оборудования понадобится прокладка соответствующих линий, которые будут иметь определенное нормативами сопротивление. Недостатком является относительная доступность обычному персоналу.

Для заземления используют проводники из меди, черной и оцинкованной стали. Сечения и другие характеристики изделий подбираются с учетом электрических параметров установки и условий ее эксплуатации.

В частности, имеет значение уровень влажности. При расчете проверяют удельное сопротивление и другие особенности грунтов.

Грунты, в которых устанавливают устройства заземления

Видео про заземление

Как подобрать и сделать защитное заземление в доме, рассказывается в этом видео.

В этой статье рассмотрен принцип работы защитного заземления и основные параметры соответствующих инженерных систем. Для точного соблюдения действующих норм надо изучить «Правила устройства электроустановок», утвержденные Министерством энергетики России в приказе от 08. 07. 2002 г. Требования к заземлению изложены в гл.1. 7 этого документа.