Защитное заземление его назначение и устройство

Системы и схемы зануления

Существует несколько вариантов выполнения защиты электрооборудования путем зануления металлического корпуса устройства. В этой статье мы рассмотрим два следующих основных способа зануления любой техники, подключенных к трехфазной и однофазной сети подачи электроэнергии.

1. Трехфазная сеть. Для такого подключения схема довольно проста и выполнить ее не составит труда любому человеку знакомому с основами электротехники. В этом варианте нулевой провод N и защитная линия PE объединены в одну общую шину под названием PEN. Такой метод зануления получил наименование системы TN-C. Для его реализации необходимо строго соблюдать повышенные требования к уравниванию электрических потенциалов, а также к площади сечения объединенного проводника PEN. Для сетей с подачей электроэнергии по однофазной схеме использование системы TN-C категорически запрещено правилами устройства электроустановок (ПУЭ).
2. Однофазная сеть. Для реализации защитного зануления в однофазных сетях существует способ по системе TN-C-S. При этом методе проводник N объединяется с линией PE только на ограниченном участке сети подачи электроэнергии, начинающимся рядом с основным источником питания. Система TN-C-S хороша для однофазных сетей, но ее ни в коем случае нельзя применять при занулении электрооборудования, работающего в трехфазных сетях электрификации.

Любая система защитного зануления может быть использована только в сетях как однофазных, так и трехфазных, с переменным напряжением не более 1 кВ, к тому же сеть в обязательном порядке должна иметь наглухо заземленную нейтраль. После выполнения работ по защите электрооборудования необходимо выполнить проверку и расчет системы зануления, который следует доверить только специалисту, так как эта процедура предполагает использование специальных приборов. В результате произведенных замеров определяется сопротивление петли нейтраль-фаза, которое должно иметь минимальное значение.

После этого, согласно закону Ома, по которому I=U/R, вычисляется ток КЗ (короткого замыкания) при попадании фазы сети на металлический корпус прибора. Значение этого параметра должно быть на некоторую величину больше, чем порог срабатывания автоматических систем обесточивания электроразводки. В противном случае их нужно менять на устройства с меньшим значением порога срабатывания или выполнять мероприятия по снижению величины сопротивления петли нейтраль-фаза. При расчете тока КЗ следует применять увеличивающий коэффициент надежности Кн, который всегда больше единицы.

Защитное заземление в электроустановках (назначение, принцип действия, устройство, нормирование)

Заземление электроустановки — преднамеренное электрическое соединение ее корпуса с заземляющим устройством.

Заземление электроустановок бывает двух типов: защитное заземление и зануление, которые имеют одно и тоже назначение – защитить человека от поражения электрическим током, если он прикоснулся к корпусу элекроустановки или других ее частей, которые оказались под напряжением.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение части электроустановки с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности. Предназначено для защиты человека от прикосновения к корпусу электроустаноувки или других ее частей, оказавшихся под напряжением. Чем ниже сопротивление заземляющего устройства, тем лучше. Чтобы воспользоваться преимуществами заземления, надо купить розетки с заземляющим контактом.

В случае возникновения пробоя изоляции между фазой и корпусом электроустановки корпус ее может оказаться под напряжением. Если к корпусу в это время прикоснулся человек – ток, проходящий через человека, не представляет опасности, потому что его основная часть потечет по защитному заземлению, которое обладает очень низким сопротивлением. Защитное заземление состоит из заземлителя и заземляющих проводников.

Есть два вида заземлителей– естественные и искусственные.

К естественным заземлителям относятся металлические конструкции зданий, надежно соединенные с землей.

В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы, стержни или уголок, длиной не менее 2,5 м, забитых в землю и соединенных друг с другом стальными полосами или приваренной проволокой.

В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземлитель с заземляющими приборами обычно используют стальные или медные шины, которые либо приваривают к корпусам машин, либо соединяют с ними болтами.

Защитному заземлению подлежат металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, щиты, шкафы.

Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление. При повреждении изоляции ток замыкания протекает по корпусу электроустановки, заземлителю и далее по земле к нейтрали трансформатора, вызывая на их сопротивлении падение напряжения, которое хотя и меньше 220 В, но может быть ощутимо для человека. Для уменьшения этого напряжения необходимо принять меры к снижению сопротивления заземлителя относительно земли, например, увеличить количество исскуственных заземлителей.

Обозначения системы заземления

Системы заземления различаются по схемам соединения и числу нулевых рабочих и защитных проводников.

Первая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления источника питания:

T — непосредственное соединения нейтрали источника питания с землёй.

I — все токоведущие части изолированы от земли.

Вторая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания:

T — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, независимо от характера связи источника питания с землёй.

N — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с точкой заземления источника питания.

Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников: C — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN.

S — функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками.

Для предупреждения несчастных случаев от поражения электрическим током необходимо контролировать состояние изоляции проводов электроустановок.

Состояние изоляции проводов проверяют в новых установках, после реконструкции, модернизации, длительного перерыва в работе.

Профилактический контроль изоляции проводов проводят не реже 1 раза в 3 года.

Сопротивление изоляции проводов измеряют мегаомметрами на номинальное напряжение 1000 В на участках при снятых плавких вставках и при выключенных токоприемниках между каждым фазным проводом и нулевым рабочим проводом и между каждыми двумя проводами.

Сопротивление изоляции должно быть не меньше 0,5 Мом

Принцип действия защитного заземления

Основной принцип действия состоит в том, чтобы уменьшить количество напряжения на корпусе электрического оборудования при включении его в электросеть. Достижением этого служит малое сопротивление заземляющей конструкции. Ток проходит по наименьшему сопротивлению, то есть сопротивление заземлителя должно быть меньше чем сопротивление человека.

Различают контурные и выносные заземляющие конструкции. Контурные устройства проходят по периметру заземляемого объекта или оборудования. Такая конструкция более надежная и дает гарантию повышенной безопасности. Выносные – располагаются за границей предполагаемого объекта или электроустановки.

Принцип действия можно рассмотреть когда заземление является частью молниезащиты. При возникновении молнии разряд проходит по наименьшему сопротивлению: от воздуха к деревьям, к мокрым стенам зданий, по проводам к электроприборам и так далее. Если имеется такое устройство как молниезащита, то разряд от облака пойдет по траектории расположения металлических молниеотводах, находящихся с наружной стороны стен здания.

Электропроводность металла обусловлена содержанием в нем электронов, находящихся в подвижном состоянии. После чего электрический разряд по стенам спускается в почву, где и распадается. В этом случае заземление играет роль обязательного элемента, так как разряд посредством его уходит в землю. Земля является отличным проводником, но необходимо учитывать удельное сопротивление земли. Этот показатель зависит от плотности, состава, влажности и температуры, а также находящихся в ней химических элементов.

Так, мокрая глина является хорошим проводником для тока, в отличие от сухого песка. Также глубина заземлителя влияет на данный показатель. Заземление, проходящее на глубине более 5 метров, является более эффективным и надежным.

Специалисты проводят расчеты для проектирования качественной заземляющей конструкции. Как правило, выбираются типовые схемы и формулы для расчета. Вычисления зависят от: величины электродов и их количества, показателей грунта заземляемого объекта. Верность расчетов не большая, так как в большинстве случаев зависит от почвы. Обычно в этом случае используется опыт инженера.

Воздушные линии электропередач

На опорах линий электропередач (ВЛ) согласно действующим положениям ПУЭ повторное заземление PEN-проводника, прокладываемого от трансформаторной подстанции, делается обязательно. Объяснить это можно потребностью повышения электрической безопасности персонала, работающего на ВЛ, а также созданием условий для надежного срабатывания автоматов защиты.

Схема повторного заземления нулевого провода в системе электроснабжения

ПЗ обязательно обустраивается в следующих местах:

• На опорах, расположенных в конце ВЛ.
• На столбах, непосредственно перед вводом «воздушки» на объект.
• Перед любым ответвлением от трассы, протяженность которого составляет более 200 метров.

Заземление опоры ВЛ

Для монтажа заземляющего устройства обычно используется подземная часть ВВ опоры. В случае, когда ее недостает для получениятребуемых характеристик – делается дополнительный контур. Для оформления спуска с вершины столба применяется проволока без изоляции диаметром 6,0 или 8,0 мм. Помимо PEN-провода, обязательно заземляются все элементы конструкции опоры, изготовленные из металлов. Согласно требованиям ПУЭ сопротивление повторного контура не должно превышать 30-ти Ом.

На столбах с приборами уличного освещения обязательному заземлению подлежат не только провода СИП, но также корпуса светильников и другие детали самих опор, изготовленные на основе металла. Для этих целей в городской черте с ограниченными возможностями заглубления вместо типовых вертикальных штырей нередко используются горизонтальные полосы. После их монтажа полагается провести испытание обустроенной системы, проверив реальное сопротивление заземляющего устройства посредством специальных измерительных инструментов. Без повторного заземления самонесущих проводов и опор городского освещения, данный участок трассы приемной комиссией к эксплуатации не допускается.

Отличие рабочего заземляющего провода от защитной шины

Рабочий и защитный заземляющие проводники отличаются один от другого, прежде всего, своим назначением. Первый из них служит целям обеспечения нагрузки фазным током, создавая цепь для его протекания от трансформатора к потребителю. Второй же используется целенаправленно для обустройства систем заземления (как на станционной стороне, так и у потребителя).

Таким образом, основное функциональное назначение рабочей шины – создание условий для бесперебойной работы станционного и местного электрооборудования за счет прокладки отдельной от защитного проводника линии. Система заземления функционально решает совсем иные задачи – она создает условия для безопасного режима эксплуатации этого оборудования. Кроме того, к ней подключаются установленные на предприятиях или в частных домах молниеотводы. Она же используется при необходимости создания систем заземления и уравнивания потенциалов в электроустановках.

Принципиальная схема разделения PEN проводника на PE и N

Чтобы не путать эти два типа заземляющих проводников на электрических схемах – специально введены буквенные и цветовые обозначения, указывающие на способ их монтажа (совмещенный или раздельный). В первом случае общий провод обозначается как PEN, а при раздельной прокладке они функционально разделены на PE защитный и на N, нулевой или рабочий (фото слева). В зависимости от способа оформления этих двух проводников различают несколько видов систем заземления, допустимых к применению в российских питающих сетях.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

Виды заземления – расшифровка названия:

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

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

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

Что такое PE и PEN проводники

Согласно ГОСТ Р50571.2-94 года классическая схема заземления содержит в своем составе следующие виды шин, отличающиеся по функциональному назначению:

• Фазные проводники.
• Шина N, представляющая собой так называемый «рабочий нуль», служащий для создания токовой цепи нагрузки (другое ее название – нейтраль 3-х фазной сети).
• PE – специально обустраиваемая защитная нулевая жила, используемая для организации повторного заземления и зануления на приемном (потребительском) конце.
• PEN – совмещенный проводник, выполняющий функции обеих рассмотренных выше шин.

Цветная маркировка проводов на схеме: Ф1-красный, Ф2-желтый и Ф3-зеленый цвета, N – синий, PE – желто-зеленый, а PEN – комбинация двух цветовых окрасок.

Для фазных проводов традиционно применяется трехцветная маркировка: Ф1-красный, Ф2-желтый и Ф3-зеленый цвета. Нейтральные проводники в рабочих схемах также отличаются особым колером (N – синий, PE – желто-зеленый, а PEN – комбинация двух цветовых окрасок).

Умение различать типы нулевых проводов позволит пользователю разобраться в следующих важных вопросах:

Ответы на эти вопросы приблизят заинтересованного пользователя к пониманию принципа работы схем зануления и заземления. Для тех, кто давно не занимался этой темой, напомним, что под заземлением электросетей и оборудования понимается соединение открытых для случайного прикосновения токопроводящих частей с землей.

Основные функциональные узлы системы заземления

Полноценная система заземления состоит из:

1. Контура заземления.
2. Полосового металла.
3. Медных заземляющих проводников.

Рассмотрим более детально каждый из элементов и его функциональное предназначение.

Контур заземления

Контур заземления — это группа соединенных между собой проводников или электродов (в большинстве случаев нержавеющая или обычная сталь) которые располагаются вертикально в земле и располагаются вблизи защищаемого объекта.

В зависимости от характеристик защищаемого объекта, для устройства контура заземления применяют уголки 50х50х5 мм (заземление для газового котла в частном доме), либо круглую сталь (ᴓ16–18) которые вбивают в землю на глубину 3 м. После чего данные электроды сваривают между собой с помощью полосы (4х40 мм) и выводят вышеуказанную полосу к месту подключения общей системы заземления дома.

Схема контура заземления для частного дома или дачи

На сегодняшний день существует 2 основных типа контура заземления:

1. Замкнутый в виде равностороннего треугольника.
2. Линейный.

Поскольку линейный контур заземления имеет существенный недостаток — при сильной коррозии соединителя между электродами часть контура будет попросту не способна отводить потенциал от электрооборудования и тем самым основное функциональное предназначение контура не будет выполнятся. По этой причине монтаж данного контура не будет рассмотрен в данной статье.

Конструктивно контур заземления своими руками выполняется в виде равностороннего треугольника с длинной стороны 3 м. Оптимальное расстояние от контура заземления до фундамента составляет 1 м.

Как было сказано ранее, вершинами данного треугольника служит либо уголок 50х50х5, либо круглая арматура с сечением 16–18 мм (далее «электроды»). Электроды перед забиванием в землю с помощью кувалды либо какого-либо другого инструмента, предварительно необходимо заострить, поскольку в противном случае Вы не сможете забить его на глубину в 3 м.

После забивания на необходимую глубину электродов, по контуру полученного треугольника необходимо снять слой грунта в 30–50 см. Это необходимо для того, чтоб в дальнейшем упростить сваривание электродов между собой. Сваривание заземлителей между собой выполняется с помощью обычной полосы 40х4 мм.

После сваривание электродов, на фундамент здания в одном или нескольких местах выводится полоса 40х4 с приваренным болтом М12 или М14 с гайками и шайбами к которой затем производится подключение заземляющего проводника (в большинстве случаев желто-зеленого цвета) который является одной жилой вводного кабеля ВВГнг (ПВСнг) 3х6, ВВГнг (ПВСнг) 3х10.

Если же в доме предусмотрена 3-х фазная система запитки, то вводной кабель может быть (ПВСнг) 5х6, ВВГнг (ПВСнг) 5х10, в котором 3 жили — это фазы «А», «B», «С», нулевая жила синего цвета «N» и заземляющий проводник «G» желто-зеленого цвета.

Хитрости при монтаже контура заземления

При вводе объекта в эксплуатацию, очень часто возникают случаи, когда при проверке полученного контура заземления специализированной электротехнической лабораторией значение сопротивления выше 4 Ом. Это может быть вызвано высоким сопротивлением грунта или несоблюдением требований запроектированного заземления.

В таком случае можно развести в ведре воды 2–3 пачки соли и залить полученный раствор в места залегания электродов. Благодаря такой простой манипуляции можно уменьшить значение сопротивления контура заземления до 1–3 Ом.

После ознакомления с теорией рассмотрим практический ответ на вопрос: «как сделать заземление в частном доме своими руками»?

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.

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).

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.

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.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

• TN-C;
• TN-S;
• TNC-S;
• TT.

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

• заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
• внешние проводящие части устройства;
• проводник нейтрального типа;
• совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название — Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

Недостатки:

• возрастает вероятность получения удара током;
• возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
• высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
• такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 — это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

Конструкция:

1. PN — нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
2. PE — глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

Преимущества:

• легкость монтажа;
• низкая стоимость покупки и содержания системы;
• высокая степень электробезопасности;
• не требуется создание контура;
• возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

Достоинства:

• простое устройство защитного механизма от попадания молний;
• наличие защиты от короткого замыкания.

Минусы использования:

• слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
• возможность появления фазного напряжения;
• высокая стоимость монтажа и содержания;
• напряжение не может быть отключено автоматикой;
• отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

• 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
• 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.

Преимущества TT:

• высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
• защита от КЗ;
• возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

Недостатки:

• сложное устройство защиты от молний;
• невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.