Для каких целей применяется защитное заземление
Главная цель данного устройства – защитить человека от поражения электротоком. Такое возможно, когда человек становится частью замкнутой цепи, и по его телу будет проходить опасный для жизни ток. Кроме выполнения функции защиты человеческой жизни, заземление также предохраняет электрические приборы от перенапряжения. В результате этого заземлители делятся на две группы — защитное и рабочее.
Целевое назначение защитного устройства состоит в том, чтобы стать гарантией электробезопасности для населения. Вследствие чего электрооборудование и электросети становятся стойкими к влиянию токов и высоких напряжений. Вдобавок происходит предохранение людей, которые в результате работы обслуживают такое оборудование. Повышение напряжения может быть вследствие нарушения эксплуатации или повреждения приборов, а также из-за разряда молнии.
Также конструкция применяется для ликвидации помех и электромагнитных волн от приборов, находящихся рядом в рабочем состоянии.
Это указывается в инструкции для данного оборудования, даже дается схема соединения с заземлителем.В зависимости от назначения существуют вспомогательные виды заземления: измерительное, радио, инструментальное, контрольное.
Защитное заземление
Схемы подключения
Самыми популярными схемами подключения заземлителей являются:
Замкнутая, в форме треугольника (рис. 3). Главным достоинством можно назвать более стабильную и надежная работа. В случае повреждения перемычки между стержнями, контур все равно будет продолжать работать (но с другой стороны).
Рис. 3 Принципиальная схема треугольника
Линейная (рис. 4). Последовательное соединение в одну линию вкопанных металлических колышков. Недостатком такого контура можно назвать то, что при выходе из строя перемычки контур работать не будет.
Рис. 4 Принципиальная схема линейного вида
Кроме вышеперечисленных разновидностей схем контуров можно еще использовать формы:
- прямоугольника;
- овала.
Рис. 5 Формы контуров заземления
Необходимые инструменты и материалы:
- аппарат для сварки;
- режущий инструмент (болгарка);
- лопата;
- перфоратор;
- гаечные ключи;
- измеритель сопротивления;
- измеритель тока;
- измеритель напряжения.
Кроме вышеперечисленных приспособлений необходимо использовать:
- Уголок из коррозионно-стойкой стали, его размеры могут быть 50х50, 60х60 мм. Длина – более 2 метров. Также возможно использование стальной трубы, диаметром не менее 32 мм с толщиной стенки более 3,5-4 мм.
- Металлические полосы (3 штуки). Их параметры: длина – 120-130 см; ширина – 4-6 см; толщина стенки – 4-6 мм.
- Полоса стальная из нержавеющего материала 40х4, 50х5 мм. Она соединяет контур заземления и крыльцо дома.
- Болты М10, М8.
- Токопроводник медный, диаметром не меньше 6-7 мм2.
Все вышеприведенные параметры, необходимо проверить, используя измеритель.
Проведение заземления в щит
Установка распределительного щита осуществляется на стену здания, причем место монтажа должно быть защищено от влажности. Кабели проводятся через стену с использованием специальных трубных гильз. Подключение провода к установленной на корпусе щита шине проводится при помощи болтового соединения.
После установки заземление проверяется мультиметром. Количество электродов увеличивается при сопротивлении, превышающем 4 Ом. Провода заземления в желтой изоляции подключаются к соответствующему разъему шины заземления. При подключении различных устройств — светильников, розеток открытой установки с заземлением и прочих — желтые провода также подсоединяются к соответствующим клеммам. К примеру, на розетках подобная клемма располагается в центре. Наиболее безопасными считаются розетки скрытой установки с заземлением — они используются для подключения холодильников, газовых плит и прочих бытовых приборов.
Что такое заземлительный контур
Заземление — преднамеренное создание электротехнического соединения с грунтом нетоковедущих элементов электроустановок. Данные элементы оборудования большую часть времени не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним.
Контур заземления выполняет следующие функции:
- защищает электрическое оборудование от скачков напряжения в сети;
- предохраняет жильцов от удара током;
- сопротивляется «растеканию» электроэнергии;
- используется в целях молниезащиты.
Как известно из школьного курса физики, ток всегда распространяется по принципу наименьшего сопротивления. В случае нарушения изоляционного слоя на токоведущих элементах быстро отыскивает участок с наиболее низким сопротивлением. В результате происходит пробой на корпус электробытового прибора, который оказывается под напряжением.
Опасность создавшейся ситуации не только в нарушении нормальной работы техники и вероятном выходе из строя приборов, но и в высокой вероятности удара током человека. Исправить положение призван контур заземления, который распределяет ток между человеком и заземляющим устройством обратно пропорционально их сопротивлениям.
Поскольку сопротивление тела намного выше аналогичного параметра у заземляющего контура, через человека проходит лишь незначительная — неопасная — часть тока, а остаток уходит в грунт. Таким образом, создавая контур заземления, необходимо сделать все так, чтобы добиться минимально возможного уровня сопротивления.
Это интересно: Модульно-штыревое заземление — разбираемся внимательно
Назначение и контролируемые параметры
Основное назначение заземления – обеспечение надёжного соединения электропроводящих частей устройств и приборов с металлической конструкцией особой формы, имеющей надёжный контакт с грунтом.
Профессионалы называют это сооружение заземлителем. Он представляет собой набор металлических заготовок (труб, отрезков арматуры или профилей), соединённых между собой методом сварки.
Надёжность функционирования такой системы зависит от общего сопротивления цепочки заземления, образуемой соединительными шинами и самой конструкцией заземлителя. Чем меньше значение этой величины – тем более безопасной будет эксплуатация оборудования или приборов, для которых предусматривается защита.
В процессе обустройства заземляющего контура подбором соответствующей формы конструкции стараются искусственно увеличить площадь контакта её элементов с землёй.
Того же эффекта удаётся достичь, если умышленно повысить процентное содержание солей в почвах, имеющих непосредственный контакт с металлическими частями заземлителя. Указанные меры способствуют снижению сопротивления стеканию тока в землю, что гарантирует надёжность работы всего контура заземления в целом.
С целью контроля значения этого показателя организуется техническое обслуживание заземляющих систем, предполагающее обязательный замер указанного параметра.
При обнаружении значительных отклонений от требований ПУЭ производится изъятие и ремонт заземляющих устройств, по окончании которого сопротивление растеканию проверяется повторно.
Подобные же действия предпринимаются и в тех случаях, когда необходимо повысить эффективность защиты особо опасных участков электрооборудования.
Ремонт заземляющих устройств (ЗУ)
В процессе длительной эксплуатации заземления наблюдается коррозия отдельных узлов металлической конструкции и частичное отклонение электрических параметров от номинала.
Чаще всего это случается по причине разрушения защитного покрытия заземления под воздействием грунтовых солей с последующим коррозийным разрушением самого металла.
Устройство заземления в таком состоянии уже непригодно к длительной эксплуатации в качестве снижающей опасный потенциал конструкции, поскольку сопротивление поражённых ржавчиной мест существенно возрастает. Одновременно с этим снижаются токи утечки на землю, вследствие чего заземляющий контур теряет часть своих защитных свойств.
Любой специалист в подобной ситуации вправе заявить, что такое устройство нуждается в капитальном ремонте, предполагающем замену его поражённых частей на новые детали.
При этом возможен вариант, согласно которому часть разрушенных элементов заземления и мест сварки может быть восстановлена без их замены. Для этого необходимо проделать следующие операции:
- сначала обнаруженные следы ржавчины на металлических частях заземления тщательно очищаются посредством наждачной бумаги или химическим путём;
- вслед за этим очищенные от ржавчины места обезжириваются растворителем подходящего типа;
- после высыхания растворителя на поверхность металла наносится слой грунтовки ГФ-18;
- и в заключении, когда грунтовка полностью просохнет – подготовленные поверхности окрашиваются защитной эмалью чёрного цвета.
По завершении ремонта вся конструкция заземляющего контура подвергается контрольному обследованию, в процессе которого производится измерение его электрического сопротивления.
Для этих целей используются специальные контрольные устройства, называемые измерителями заземления (тип М416).
https://youtube.com/watch?v=mBGMmbyOqEs
Область применения таких приборов распространяется не только на устройства заземления. С их помощью можно контролировать любые низкоомные цепи, а также с высокой точностью определять коэффициент удельного сопротивления грунта в точке заземления (ρ).
Проверка
После выполнения всех операций по монтажу и подключению контура заземления, необходимо провести его проверку методом измерения его электрического сопротивления. Параметры этой величины не должны выходить за пределы, указанные в нормирующих документах.
В домашних условиях можно воспользоваться простым методом проверки. Лампочка от 100 до 150 Вт подключается между фазой и заземлением.
Проверка исполнения заземления при помощи лампы
По свечению лампы делаются выводы:
если лампа не загорается — заземление сделано неправильно;
горение лампы неярким, тусклым светом говорит о некачественном соединении элементов контура заземления или соединений при подключении;
яркое горение лампы говорит о хорошей работе заземления.
При такой проверке, в случае наличия в цепи УЗО, оно может сработать, что говорит о рабочем состоянии контура.
Проверка с помощью мультиметра.
Проверка заземления мультиметром
Проводится она по следующей методике:
необходимо подать напряжение, включив вводной автомат;
на мультиметре выберите режим измерения напряжения;
присоединяем концы мультиметра между фазным и нулевым проводами. Прибор должен показать величину в районе 220 вольт;
подобный замер делаем между фазой и заземляющим проводом. Напряжение может немного отличаться от предыдущего измерения, но само его наличие говорит о присутствии заземления;
если напряжение отсутствует, то заземления нет, либо оно нерабочее.
Проверку можно доверить профессионалам. Такая проверка приведена в видео:
Проверка контура заземления профессионалами
Причины удара током
Человека может ударить электрическим током в самых обычных повседневных ситуациях:
- Во время работы стиральной машинки иногда можно почувствовать лёгкое пощипывание. Иногда удары могут быть значительно сильнее. Это и есть воздействие электричества на человека.
- Находясь в ванной и дотронувшись до металлических частей крана, можно ощутить слабое пощипывание и даже сильные мурашки внутри пальцев.
В обоих случаях незаземлённые предметы могут пропускать через себя ток, то есть заряженные частицы, которые, в зависимости от силы и напряжения, могут проявляться в виде покалывания или сильных ударов, сопровождающихся мышечными судорогами.
Вам это будет интересно Особенности присвоения 4 группы по электробезопасности
Понятно, что это крайне опасно — в крайних случаях от удара током возможны паралич и остановка сердца. Однако избежать подобных инцидентов можно достаточно просто — заземлив ванную или машинку. В таком случае ток, попавший на корпус, будет уходить по заземляющему проводнику в землю.
Типовые методики расчета
Для расчета защитного заземления потребуется заранее определиться со следующими исходными показателями:
- Размеры и общее число вбитых в грунт штырей из стали.
- Расстояние, оставляемое между ними (шаг установки).
- Глубина заложения прутьев.
- Удельное сопротивление самой почвы в месте обустройства ЗУ.
Помимо них важно учитывать геометрическую форму и материал заготовок, из которых сваривается система из заземлителей (либо это типовой стальной уголок, либо медная полоса и тому подобное). Согласно действующей нормативной документации (ПУЭ, в частности) минимальные размеры выбранных заготовок должны быть не менее:
Согласно действующей нормативной документации (ПУЭ, в частности) минимальные размеры выбранных заготовок должны быть не менее:
- полоса стальная с сечением не менее 100 мм2;
- стальной уголок со сторонами 4х4 мм;
- круглый стальной брусок сечением 16 мм2;
- металлическая труба диаметром 32 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм.
Минимальные размеры штырей или арматурных прутьев, используемых для изготовления системы ЗУ, выбирается из следующих соображений. Длина заготовок не может быть менее 1,5-2 метра. Расстояния между ними берется кратным длине каждого стержня. В зависимости от того, какая площадка выбирается для обустройства ЗУ, они устанавливаются либо в ряд один за другим, либо в виде квадрата или правильного треугольника. Согласно применяемой методике расчета основная его задача – определиться с числом стержней и параметрами соединяющей из полосы (ее длиной и толщиной).
Пример расчета элементов ЗУ
В качестве примера рассмотрим расчет сопротивления стеканию аварийного тока для вертикального стержня, взятого в единственном экземпляре (чертеж справа).
Чертеж вертикального заземлителя
Для его проведения потребуется знать следующие исходные данные:
ρ – удельное сопротивление грунта в этом месте (в Омах на·метр);
L – длина стержня в метрах;
d – его основной типоразмер (диаметр) в метрах;
Т – расстояние до середины прутка от поверхности в метрах.
Если учитывать величину, ограничивающую растекание тока для горизонтальных элементов ЗУ, то сопротивление для их вертикальных аналогов вычисляется по следующей формуле:
Формула расчета сопротивления растеканию тока для вертикальных заземлителей
В ситуации, когда заземляющее устройство обустраивается в неоднородном грунте (специалисты называют его двухслойным), удельное сопротивление рассчитывается так:
Формула расчета удельного сопротивления для неоднородного грунта
где – Ψ представляет собой сезонный коэффициент;
ρ1 и ρ2– удельные сопротивления различных слоев местного грунта (верхнего уровня и нижнего слоя соответственно), измеренные в Омах на·метр;
Н – толщина слоя, расположенного в верхней части грунта в метрах;
t – общее заглубление вертикальных элементов (глубина всей траншеи), равное примерно 0,7 метра.
Нужное число стержней (без учета горизонтальных компонентов) определяется следующим образом:
где Rн представляет собой нормируемое согласно ПТЭЭП сопротивление растеканию.
Если учитывать горизонтальные составляющие ЗУ, то формула для числа вертикальных штырей примет следующий вид:
где ηв – это коэффициент использования системы, указывающий на то, насколько сильно токи растекания от единичных элементов влияют друг на друга (при их различном расположении).
Именно поэтому при слишком близком их расположении общее сопротивление защитного контура существенно возрастает. Полученное после использование указанных формул число заземляющих элементов обычно округляется до большего значения. Расчет заземления по ним удается автоматизировать, если воспользоваться специально разработанной для этих целей программой «Электрик v.6.6». Скачать это ПО можно бесплатно на соответствующем сайте в Интернете.
Выбор системы заземления для частного дома
Можно почитать форум , а также статью «»
Для современного частного сектора подходят только две системы заземления ТТ и TN-C-S. Практически весь частный сектор запитывается от трансформаторных подстанций с глухозаземлённой нейтралью и четырёхпроводной ЛЭП (три фазы и PEN, объединённый рабочий и защитный ноль или, иначе говоря, объединённый ноль и земля).
Особенности системы заземления TN-C-S
Согласно п. 1.7.61 ПУЭ при применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Т.е. проводник PEN на вводе в дом повторно заземляется и делится на PE и N. После этого используется 5 или 3 проводная проводка.
Коммутация PEN и PE строго запрещена (ПУЭ 7.1.21. Во всех случаях в цепях РЕ и РЕN проводников запрещается иметь коммутирующие контактные и бесконтактные элементы). Точка разделения должна стоять до коммутационного прибора. Запрещается разрывать PE и PEN проводники.
Недостаток системы TN-C-S
при обрыве PEN проводника на корпусах заземлённых электроприборов может оказаться опасное напряжение.
Описание системы TN-C-S — Описание системы TN-C-S только на современных ЛЭП выполненных проводом СИПрекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий,обязательно должны быть выполнены повторные заземления на ЛЭП.
Согласно п. 1.7.135 ПУЭ когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены начиная с какой-либо точки электроустановки, не допускается объединять их за этой точкой по ходу распределения энергии. В месте разделения PEN
-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой.PEN -проводник питающей линии должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитногоРЕ -проводника.
Для обеспечения высокого уровня безопасности от поражения электрическим током в системе TN-C-S необходимо использовать устройства защитного отключения (УЗО).
Особенности системы заземления ТТ
Описание системы ТТ — Описание системы ТТ защитный проводник PE заземляется независимо от нулевого рабочего проводника N и запрещена какая-либо связь между ними.
Систему TT рекомендуется применять при неудовлетворительном состоянии питающей воздушной линии электропередач (ВЛ) (старые неизолированные провода ВЛ, отсутствие повторного заземления на опорах).
Замечание
СП 31-106-2002 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ОДНОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ» устанавливает, что электроснабжение жилого дома должно осуществляться от сетей напряжением 380/220 В с системой заземления TN-C-S.
Внутренние цепи должны быть выполнены с раздельными нулевым защитным и нулевым рабочим (нейтральным) проводниками.
Правила монтажа системы ТТ:
- Установка УЗО на вводе с уставкой 100-300 мА (пожарное УЗО).
- Установка УЗО с уставкой не более 30 мА (желательно 10 мА — на ванную) на все групповые линии (защита по току утечки от прикосновения к токоведущим частям электрооборудования при появлении неисправностей в электропроводке дома).
- Нулевой рабочий проводник N не должен соединяться с местным контуром заземления и шиной РЕ.
- Для защиты электрических приборов от атмосферных перенапряжений необходимо устанавливать ограничители перенапряжения (ОПН) или ограничители импульсных перенапряжений (ОПС или УЗИП).
- Сопротивление контура заземления Rc должно удовлетворять условию ПУЭ (п. 1.7.59):
- при УЗО с уставкой в 30 мА сопротивление контура заземления (заземлителя) — не более 1666 Ом;
- при УЗО с уставкой 100 мА сопротивление контура заземления (заземлителя) — не более 500 Ом.
Для выполнения вышесказанного условия достаточно будет использовать один вертикальный заземлитель в виде уголка или прутка длиной около 2-2,5 метра. Но я рекомендую выполнить контур более тщательно, забив несколько заземлителей (хуже не будет).
Недостатки системы ТТ:
- При коротком замыкании фазы на землю на корпусах электроприборов будет опасный потенциал (ток короткого замыкания недостаточен, чтобы сработал автомат защиты, поэтому обязательна установка УЗО — ПУЭ 1.7.59).
Указанный недостаток системы можно нейтрализовать установкой реле контроля напряжения и УЗО (2-х каскадная схема с одним «пожарным» или селективным УЗО на весь дом и несколькими УЗО на всех линиях потребителей).
Составляющие переносного заземления
В составе комплекта переносного заземления имеется три главных элемента:
- токопроводящий элемент;
- контакт;
- изолирующий слой или сразу несколько изоляторов.
Согласно особенностям конструкции, переносные системы делятся на:
- бесштанговые;
- штанговые;
- штанговые с металлическими компонентами.
Бесштаноговые системы состоят из следующих частей:
- токопроводящего элемента (гибкого провода);
- контактного элемента (струбцины, зажимов фаз вместе с крепежом);
- изоляции, произведенной из гибкого поддерживающего и контролирующего фала.
Штанги изолирующие оперативные и штанги переносного заземления включают в себя:
- токопроводящий элемент (гибкий провод);
- контактные зажимы фаз, наконечники, струбцины;
- изоляцию, изготовленную из диэлектрика.
На картинке выше представлена схема штангового заземления, где цифрами обозначены ее элементы:
- Зажимы фаз.
- Штанги.
- Провод закорачивающий.
- Провод заземляющий.
- Зажимы.
Конструктивными частями заземлительной системы со штанговыми компонентами из металла являются:
- токопроводящий элемент с металлическими компонентами (стыкуется с гибким проводом);
- зажим контактов, присоединенный к струбцине со звеном из металла;
- штанга-изолятор из диэлектрика, соединенная с токопроводящим элементом и фалами.
На рынке представлены устройства защиты с одной и тремя фазами. Трехфазные системы имеют один проводник заземления и выполняют закорачивающую и заземляющую функцию для трех фаз. Однофазная защита предназначена для защиты работников, занятых на электрических установках с напряжением выше 110 кВт. Такой подход обусловлен тем, что при наличии нескольких фаз между ними необходимо определенное расстояние, а это приводит к излишней громоздкости конструкции.
На картинке выше показано переносное заземление с наличием электродинамических ножей. Цифрами обозначены следующие его элементы:
- Провод заземления.
- Провод закорачивающий.
- Зажимы.
- Ножи.
- Штанги-диэлектрики.
Обратите внимание! Одно из применений переносных систем — защита работников, занятых ремонтом воздушных линий и распределительных электроустановок
Заземление для пожарной техники
Пожарные автомобили защищаются переносными заземлительными системами, которые позволяют работать в условиях попадания на токопроводящие части оборудования водяных струй. В состав переносного заземления для пожарных машин входят:
- заземляющий проводник (подвергнутый опрессовке гибкий провод из меди в прозрачной оболочке);
- наконечники;
- струбцины.
Наконечники прикрепляются болтами к струбцине с одной стороны и к стволу пожарного автомобиля — с другой.
Заземление для воздушных линий
Чтобы предотвратить поражение током людей при электромонтажных работах на воздушных линиях, используются две разновидности однофазных и трехфазных заземлений:
- Системы, оснащенные цельной штангой-изолятором. Такие приспособления ставят с монтажных вышек. Также для подъема наверх могут использоваться монтажные когти и лазы.
- Заземлители переносного типа с составной штангой, содержащей токопроводящие металлические элементы. Использование таких устройств имеет место в случае ремонтных работ на высоковольтных линиях электропередачи, в тех случаях, когда работы проводятся с траверсов. Заземлители производятся в однофазной комплектации, поскольку удлиненная штанга в купе с металлическими деталями слишком много весит. А вот однофазные модификации удобны в работе, так как не вынуждают электромонтеров физически перегружаться.
Защита на распределительном оборудовании
При наведении напряжения от соседних цепочек или непроизвольно направленном напряжении на распределительные устройства возможно поражение током. В таких случаях применяются переносные заземлители, которые могут разниться в методах установки в распределительные устройства. Монтаж фазных струбцин осуществляется на наконечники в виде шаров или цилиндров, на токопроводящие шины, а также на участки местонахождения плавких предохранителей. По конструкции все виды устройств одинаковы, а место проведения монтажных работ выбирается исходя из поставленных задач и характеристик той или иной установки.
Источник: