Понятие и принцип действия защитного заземления

Защита электрооборудования

Рабочее (функциональное) заземление — соединение с землей определенных точек токоведущих частей электрооборудования. Чаще всего это нейтральные точки обмоток трансформаторов и генераторов. Для реализации этого вида защиты используются надежные проводники либо специальные устройства, например, пробивные предохранители. Основной задачей рабочего заземления является предотвращение замыканий и сбоев в работе электроустановок.

Согласно правилам техники безопасности, эти виды защиты от электротока не могут совмещаться. Дело в том, что токи помех (например, атмосферные разряды) могут накладываться на протекающие в электроцепи. В результате оборудование может быть повреждено, а защитное заземление не будет выполнять свои функции. Также следует помнить, что показатель сопротивления функционального не должен превышать 4 Ом.

В чем отличие системы выравнивания потенциалов от защитного заземления

Заземление — это преднамеренное не разъемное электрическое соединение частей электроустановки или цепи с заземлителем. Предназначено для снижения напряжения (в точке, где его не должно быть при нормальных условиях эксплуатации), до безопасного уровня.

Как видим, в определении нет понятия потенциала (разности потенциалов). Кроме того, организация заземления производится только на электроустановках, или электроцепях. Выравнивание потенциалов относится и к элементам инфраструктуры, а также к металлическим предметам, не являющимся электроустановками.

При этом, защитное заземление эффективно работает лишь в комплексе с устройствами защитного отключения (предохранительными вставками, автоматическими выключателями). Без таких устройств, организация заземления не снижает безопасность электроустановок, и может привести к пожару при возникновении замыкания фазы на «землю».

В отличие от заземления, система выравнивания потенциалов является самодостаточной, дополнительных защитных приспособлений не требуется. Единственное условие — наличие электрического соединения с физической землей.

Различия между рабочим и защитным заземлениями

Рабочее и защитное заземление отличается друг от друга прежде всего назначением. Если первое необходимо для обеспечения правильной и бесперебойной работы электрооборудования, то второе служит для защиты людей от поражения электрическим током. Также оно защищает и оборудование от поломок в случае пробоя какого-нибудь электрического прибора на корпус. Если здание оборудовано громоотводом, такой тип заземления защитит приборы от перегрузки в случае удара молнии.

Рабочее заземление электроустановок, в случае возникновения чрезвычайной ситуации, сыграет роль защитного, но основная её функция — обеспечение правильной бесперебойной работы электрооборудования.

В неизменном виде функциональное заземление применяют только на промышленных объектах. В жилых домах используется заземляющий проводник, который подводится к розетке. Однако есть бытовые приборы в доме, которые таят в себе потенциальную опасность для потребителя, поэтому не будет лишним заземлить их, используя глухозаземлённую нейтраль.

Домашние приборы, которые требуется подключить к рабочему заземлению:

1. Микроволновка.
2. Духовка и плита, которые работают за счёт электричества.
3. Стиральная машина.
4. Системный блок персонального компьютера.

Основные цели и задачи заземления

Заземление представляет собой заземлитель и заземляющие проводники, по которым ток стекает в грунт и нейтрализуется

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.

Устройство контура заземления

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.

Защитное заземление: его назначение и устройство

В первую очередь, прямым назначением заземления считается ликвидация опасной ситуации в связи с пробоями электрического тока, которые могут нанести поражения человеку и бытовому оборудованию, и влекут за собой плачевные последствия. Также приспособление предупреждает выход напряжения на корпус электрического оборудования.

Присутствие заземления в доме характеризуется следующими весьма определенными преимуществами:

• данный вариант контура очень простой в монтаже и дальнейшей эксплуатации;
• контурная фигура в итоге получается компактной с маленькими габаритами, при этом отлично справляется с поставленными задачами;
• все использованные детали устойчивы к коррозии, следовательно, не может быть и речи о механическом повреждении целостности конструкции;
• соединение электродов выполняется крепежными деталями, в следствие чего обходятся без сварочных швов.

Важно! Ни в коем случае не пренебрегайте преимуществами, они играют первоочередную роль в установке контура защитного заземления. Устройство защитного контура выполнено следующим образом: металлические части любого электрического оборудования соединяются специальными проводниками с грунтом, эти детали элементарно попадают под напряжение, когда нарушается изоляция проводки или происходит короткое замыкание

Устранение напряжения и снижение его до нормальных величин, не наносящих вред, происходит в момент уменьшения потенциала приборов, которые заземлены. Иными словами, происходит выравнивание того же потенциала за счет подъема сопротивления основания прибора

Устройство защитного контура выполнено следующим образом: металлические части любого электрического оборудования соединяются специальными проводниками с грунтом, эти детали элементарно попадают под напряжение, когда нарушается изоляция проводки или происходит короткое замыкание. Устранение напряжения и снижение его до нормальных величин, не наносящих вред, происходит в момент уменьшения потенциала приборов, которые заземлены. Иными словами, происходит выравнивание того же потенциала за счет подъема сопротивления основания прибора.

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.

Необходимо обязательно обрабатывать сварные швы заземления от коррозии

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.

Назначение и устройство заземления

Не всегда электрическая защита в виде пробок, автоматов может сработать на возникшую неисправность. Таким повреждениям может быть пробой изоляции фазных проводов на токопроводящий корпус электрических машин. При касании человека к такому корпусу, он попадает под опасное напряжение.

Защитить человека в таких случаях поможет заземление, которое значительно уменьшит величину опасного напряжения. Назначение защитного заземления — это защита от поражения током при касании к металлическим частям корпуса электрических машин. Пусть вы меняете лампочку в люстре с металлическим корпусом, которая не заземлена.

При пробое изоляции фазного провода вы окажетесь под напряжением, когда прикоснитесь к люстре. Если корпус люстры будет заземлен, то большая часть напряжения будет отведена на землю, что обезопасит вас. Защитное заземление — это специальное надежное электрическое соединение с землей, а также с металлическими нетоковедущими частями, на которые может попасть напряжение опасное для жизни.

Принципиальные схемы защитного заземления: а — в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б — в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В, 1 — заземленное оборудование; 2 — заземлитель защитного заземления; 3 — заземлитель рабочего заземления; r3. rо — сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

Такое защитное заземление применяется в 3-х фазных сетях до 1000В, у которых имеется изолированная нейтраль. Заземляющими устройствами могут быть металлические заземлители находящиеся в надежном контакте с землей и имеющие соединения с электроустановками. Заземлители могут быть искусственными или естественными. Искусственные заземлители устанавливают только для заземления, а естественными заземлителями могут быть любые металлические конструкции, находящиеся в земле.

Выбор системы заземления для гаража

Всего согласно п.1.7.3 ПУЭ выделяют шесть систем питания электрических сетей, но для снабжения гаражей актуальны только четыре из них:

• TN-C – с совмещением защитного и нулевого;
• TN-C-S – с частичным совмещением;
• TN-S – с выделенными защитным и нулевым;
• TT – с глухозаземленной нейтралью.

В зависимости от того, какая из этих схем запитки электропроводки применяется в вашем случае, определяется наиболее актуальный вариант подключения защитного контура от общей системы или установки индивидуального заземления.

TN-C.

Система TN-C подразумевает, что к вводному щитку в гараже подводится четырехпроводная линия, в которую входят три фазы и совмещенный защитный и нулевой проводник PEN. Такая система заземления являет достаточно распространенной, так как она позволяет существенно экономить на отдельном заземляющем проводе. Но в ее работе отмечается не менее существенный недостаток.

Пример подключения по схеме TN-C

Посмотрите на рисунок, здесь приведен пример аварийной ситуации, когда происходит обрыв проводника PEN на участке от подстанции или распредустройства до гаража. В случае такого разрыва и одновременного включения электроприборов в розетку потенциал с фазы может перейти на корпус оборудования и все заземленные части. В результате прикосновения к ним человек будет поражен электрическим током.

Следует отметить, что такая угроза в системе TN-C несет особую опасность в трехфазных устройствах, где схема проводки использует нулевой провод не для каждого потребителя, и те спокойно будут продолжать свою работу. При однофазном подключении повреждение PEN проводника сразу обнаружится – ни один прибор работать не будет, что хорошо заметно на тех же светильниках. Поэтому подключение заземления на PEN проводник в гараже крайне опасно, и его лучше реализовывать через индивидуальный контур.

TN-C-S.

Такой способ является более безопасным развитием системы TN-C, когда от подстанции схема питается по четырехпроводной линии с совмещенным PEN проводом. На определенном участке совмещенный провод разделяется на PE – защитный и N – нулевой провод двумя отдельными жилами. При этом в точке разделения должно осуществляться повторное заземление.

Рис. 2. Пример подключения по схеме TN-C-S

Такой способ актуален для владельцев гаражей, чьи помещения питаются TN-C. В таком случае с вводного кабеля совмещенную жилу разделить на две и обустроить индивидуальный контур. В гараж вместо двухжильного будет заводиться трехжильный провод. Следует отметить, что к нулевому проводу на вводе в гараж нужно подключить УЗО, так как со стороны подстанции и других гаражей будет присутствовать угроза попадания потенциала при повреждении совмещенного проводника.

TN-S.

Представляет собой систему, в которой присутствует сразу пять питающих линий – три из которых отводятся на фазные, один для нулевого, и один для заземления. Таким образом, проводник PE имеет отдельную жилу. За счет чего питание по TN-S схеме является самым безопасным. Но из-за необходимости включения в линию дополнительной жилы этот способ питания является более дорогостоящим, и для питания гаражных корпусов и кооперативов используется редко.

Рисунок 3: пример подключения по схеме TN-S

Посмотрите на рисунок, при повреждении нулевого провода заземление продолжит выполнять свои функции с теми же параметрами, не зависимо от остальных элементов сети.

TT.

Представляет собой наиболее распространенную в отечественных сетях схему питания бытовых потребителей. При этом снабжение осуществляется по четырехпроводной линии, в которую входят три фазы и ноль. Нулевой проводник здесь заземляется, а система носит название трехфазной с глухозаземленной нейтралью. Провод PE в такой системе отсутствует, поэтому для заземления гаража устанавливается собственный контур.

Рис. 4. Пример подключения по схеме TT

Обустройство индивидуального контура для гаража является самым надежным и наиболее безопасным способом защиты.

Защитное заземление

Благодаря электрическому соединению металлических конструкций оборудования промышленного и бытового назначения с землей повышается безопасность его эксплуатации. Этот способ защиты людей от поражения электротоком называется защитным заземлением. Даже если в цепи используются специальные автоматические устройства, скорость их работы не позволяет полностью обезопасить человека.

Принцип работы

Если фазный провод коснется металлической конструкции оборудования, то его корпус окажется под напряжением. Если этот вид защиты был организован правильно, то создается электроцепь с низким сопротивлением. В результате этот путь станет для тока более предпочтительным, прикосновение человека к корпусу окажется безопасным. Так кратко можно описать принцип действия защитного заземления.

Основные функции:

1. Защита обеспечивается даже в ситуации, когда опасное напряжение на корпусе было образовано токами индукции, а не коротким замыканием.
2. Использование глухозаземленной нейтрали позволяет получить при коротком замыкании длительные импульсы с большой амплитудой, способствующие срабатыванию защитной автоматики.
3. Заземляющий проводник способен обеспечить надежную защиту оборудования при попадании в него молнии.

Схемы подсоединения

Для выбора оптимального варианта защиты следует разобраться в схемах организации заземления, а также их преимуществах и недостатках. Первый вид — глухозаземленная нейтраль (тип TN). Эта схема используется в бытовом и промышленном электрооборудовании, предназначенном для работы в сетях до 1 кВ. Для ее реализации нейтральный провод источника питания соединяется с заземлителем. Затем к общему проводнику подключаются корпус, экран и шасси.

Наибольшей популярностью пользуются три схемы, обозначающиеся соответствующей буквой:

1. C — проводник выполняет одновременно защитную и рабочую функцию. Схема предельно проста в реализации, но при разрыве электроцепи теряет свои защитные свойства.
2. S — применяется два отдельных нулевых провода. Стоимость схемы несколько выше, но ее надежность существенно увеличивается.
3. C-S — комбинация двух предыдущих систем. При ее использовании необходимо принять меры по предотвращению механического повреждения защитных проводников, иначе схема перестанет выполнять свою функцию.

Еще одна схема реализации этого вида защиты — схема IT. Она активно применяется в исследовательских центрах, так как позволяет дополнительно устранить паразитные электрические наводки. Для уменьшения показателя сопротивления приходится сокращать длину проводника. Решается эта задача с помощью создания по периметру объекта специального заземляющего контура.

Категории заземлителей:

1. Искусственные — изготавливаются специально для создания защитного заземления и не должны покрываться лакокрасочными материалами. Допускается использование в роли заземлителя электропроводящего бетона.
2. Естественные — электропроводящие части сетей и коммуникаций строений, находящиеся в контакте с землей.

Назначение и устройство защитного заземления существенно отличается от функционального, поэтому их нельзя совмещать. Подробно вопросы организации защиты оборудования и людей от воздействия электротока изложены в особом документе «Правила устройства электроустановок».

Различия между рабочим и защитным заземлениями

Рабочее и защитное заземление отличается друг от друга прежде всего назначением. Если первое необходимо для обеспечения правильной и бесперебойной работы электрооборудования, то второе служит для защиты людей от поражения электрическим током. Также оно защищает и оборудование от поломок в случае пробоя какого-нибудь электрического прибора на корпус. Если здание оборудовано громоотводом, такой тип заземления защитит приборы от перегрузки в случае удара молнии.

Рабочее заземление электроустановок, в случае возникновения чрезвычайной ситуации, сыграет роль защитного, но основная её функция — обеспечение правильной бесперебойной работы электрооборудования.

В неизменном виде функциональное заземление применяют только на промышленных объектах. В жилых домах используется заземляющий проводник, который подводится к розетке. Однако есть бытовые приборы в доме, которые таят в себе потенциальную опасность для потребителя, поэтому не будет лишним заземлить их, используя глухозаземлённую нейтраль.

Домашние приборы, которые требуется подключить к рабочему заземлению:

1. Микроволновка.
2. Духовка и плита, которые работают за счёт электричества.
3. Стиральная машина.
4. Системный блок персонального компьютера.

Одновременное применение и общие правила

Электроустановка не будет достаточно защищена, если ее оборудовать лишь одним заземлением. Заземлителей обязательно должно быть несколько, так как грунт — это нелинейный проводник.

Электрическое сопротивление почвы во многом зависит от величины напряжения и от площади контакта с прутьями:

1. Если использовать только один заземлитель, то площадь контакта будет небольшой. Ее не хватит для того, чтобы работа электрической установки была бесперебойной.
2. Если будет установлено по меньшей мере два заземлителя на достаточном расстоянии друг от друга, то действовать они будут эффективно. Лучше всего устанавливать их на расстоянии от 1 до 2 м.

Важно соблюдать правила ПУЭ, согласно которым:

1. Запрещено применять в качестве заземлителей элементы трубопровода, независимо от предназначения последнего.
2. Нельзя выводить кабель наружу и присоединять его к плохо подготовленной контактной площадке на шине. Дело в том, что любой металл обладает определенным потенциалом. Под влиянием различных факторов окружающей среды начинает образовываться гальваническая пара, а это приводит к коррозии.
3. Нельзя поочередно заземлять несколько электрических установок друг с другом.

Терминология заземления

Под заземлением понимают как соединение с грунтом Земли, так и соединение с некоторым “общим проводом” электрической системы, относительно которого измеряют электрический потенциал. Например, в космическом корабле или самолёте “землёй” считают металлический корпус. В приёмнике с батарейным питанием за “землю” принимают систему внутренних проводников, которые являются общим проводом для всей электронной схемы. В дальнейшем мы будем использовать именно такое понятие “земли”, не заключая больше это слово в кавычки, поскольку оно давно стало физическим термином.

Сетевое (рабочее) и защитное заземление.

Потенциал земли в электрической системе не всегда равен нулю относительно грунта Земли. Например, в летящем самолёте за счёт генерации электростатического заряда потенциал земли (корпуса) самолёта может составлять сотни и тысячи вольт относительно поверхности Земли. Аналогом земли космического корабля является “плавающая” земля” — не соединённая с грунтом Земли система проводников, относительно которой отсчитывается потенциал в электрической подсистеме. Например, в модуле аналогового ввода с гальванической развязкой внутренняя аналоговая земля модуля может не соединяться с грунтом Земли или соединяться с ним через большое сопротивление, скажем, 20 МОм.

Под защитным заземлением понимают электрическое соединение проводящих частей оборудования с грунтом Земли через заземляющее устройство с целью защиты персонала от поражения электрическим током. Заземляющим устройством называют совокупность заземлителя (то есть проводника, соприкасающегося с землёй) и заземляющих проводников. Общим проводом (проводником) называют проводник в системе, относительно которого отсчитываются потенциалы. Обычно он является общим для источника питания и подключённых к нему электронных устройств.

Описание и принцип работы соленоидов.

Читать далее

Формула расчёта сопротивления конденсатора.

Читать далее

Что такое счетчик Гейгера и как сделать его своими руками.

Читать далее

Примером может быть провод, общий для всех 8 входов 8 канального модуля аналогового ввода с одиночными (недифференциальными) входами. Общий провод во многих случаях является синонимом земли, но он может быть вообще не соединён с грунтом Земли. Сигнальным заземлением называют соединение с землёй общего провода цепей передачи сигнала. Сигнальная земля делится на цифровую землю и аналоговую. Сигнальную аналоговую землю иногда делят на землю аналоговых входов и землю аналоговых выходов.

Как работает заземление.

Силовой землёй будем называть общий провод в системе, соединённый с защитной землей, по которому протекает большой ток (большой по сравнению с током для передачи сигнала). В основе такого деления земель лежит различный уровень чувствительности к помехам аналоговых и цифровых цепей, а также сигнальных и мощных (силовых) цепей и, как правило, гальваническая развязка между указанными землями в системах промышленной автоматизации. Глухозаземлённой нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземлителю непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока).

Виды электропроводок.

Нулевым проводом называется провод сети, соединённый с глухозаземлённой нейтралью.

Для воздушных линий электропередач

Относительно заземлений переносных для воздушных линий (ВЛ) нужно отметить следующее. Они состоят из специальных заземлителей и так называемых «спусков», соединяющих их с элементами временно обустраиваемого защитного контура. Функцию таких спусков для ж/б опор ЛЭП с рабочими напряжениями 6-10 кВ выполняют элементы напряженной арматуры стоек, которые напрямую соединены с заземлителем. В ситуациях, когда опоры закреплены фиксирующими оттяжками – их также допускается использовать в качестве заземляющих проводников (в дополнение к уже имеющимся отводам).

Известные виды переносных заземлений обеспечивают надежную защиту работающего на ЛЭП оперативного персонала. Однако это не означает отказ от принятия дополнительных защитных мер, которые предусматриваются положениями действующих нормативов (ПУЭ, в частности).

Заземление линий электропередач на столбах

Для повышения безопасности обслуживающего персонала при работе на опорах ВВ электропередач, а также с целью защиты установленной на столбах аппаратуры применяется специальный вид заземлений переносных для воздушных линий. Их конструкция выбирается в соответствии с требованиями ПУЭ, в которых величина переходного сопротивления заземленных элементов строго нормируется. На воздушных линиях электропередач с соединенной с землей нейтральной жилой и рабочими напряжениями более 0,4 кВ на железобетонных опорах также заземляется их арматура (включая крюки и штыри, удерживающие провода). Суммарное сопротивление временного заземляющего устройства в этом случае не должно быть более 50-ти Ом.

Установка переносного заземления на воздушной линии

При обустройстве заземлений переносных для воздушных линий с деревянными опорами для получения надежного контакта, как правило, используется болтовое соединение. При заземлении металлических и железобетонных опор указанное соединение допускается делать как на сварку, так и с использованием болтовых стяжек.

Применение переносных заземлений на высоковольтных линиях передач  на 10 кВ (6кВ) считается обязательным. При этом временному заземлению подлежат:

• Входящие в конструкцию металлические и железобетонные опоры.
• Деревянные опорные столбы, на которых устанавливаются устройства защиты от грозы и молний.
• Силовые или местные измерительные трансформаторы.

Также не следует забывать о заземлении аварийных разъединителей, высоковольтных предохранителей или других элементов защиты используемой аппаратуры.