Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?

Естественные и искусственные виды заземления

Естественное заземление — конструкции непосредственно соприкасающиеся с землей В качестве естественной защиты используются:

• Свинцовые оболочки кабелей, проложенные в траншеях под землей; рельсовые пути неэлектрифицированных подъездных путей, железных дорог и т.д.
• Железобетонные и металлические конструкции любых строительных сооружений, которые непосредственно соприкасаются с землей.
• Проведенные под землей водопроводные и канализационные магистрали. Нельзя использовать металлические трубы, по которым проходят взрывоопасные и горючие вещества.

Искусственное заземление Как правило, для искусственных заземлителей используют горизонтальные и вертикальные электроды. Роль вертикальных может играть прутик или стальная труба, длиной не менее 3 метров. Суть реализации состоит в том, чтобы верхние концы погрузить в землю и соединить полоской из стали, используя сварочный аппарат. Такая технология образует контур заземления.

Для безопасного использования электрических приборов должны быть использованы естественные заземлители. Их применение позволяет сэкономить семейный бюджет и время, поскольку нет необходимости сооружать искусственные заземлители. Если естественный вид удовлетворяет все требования ПУЭ по сопротивлению растекания, искусственное можно не сооружать.

Сравнение искусственного и естественного контура

Трубопроводы, находящиеся в земле, выполняют роль естественного заземлителя Естественный контур – это две и более металлические конструкции, которые контактируют с почвой для безопасного использования бытовой техники. Естественное заземление также делится на следующие разновидности:

• Трубопроводы, предназначенные для различных целей, находящиеся в земле.
• Арматура строительных сооружений, которая погружается в слои грунта.

Данные типы защитного контура обязательно должны быть связаны с объектом минимум двумя элементами. Как правило, их устанавливают в разных частях конструкции.

В качестве естественной защиты запрещается использовать:

• отопительные системы и канализационные магистрали;
• трубы, поверхность которых покрыта антикоррозийным составом;

  Искусственный заземлитель

• металлоконструкции, предназначенные для транспортировки горючих и токсичных веществ.

Искусственный контур – это специальные конструкции, изготовленные из металла. Для работы их погружают в слои грунта. Наиболее распространенные примеры искусственных защитных контуров:

• Металлические полотна, заложенные в землю. Им могут быть свойственны разные формы и размеры.
• Стержни, уголки, трубы и стальные балки, помещенные в землю.

Объясните назначение и принцип действия защитного заземления( со схемами)

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Рис.1 Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000В и выше

б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000В

1 – заземленное оборудование;

2 – заземлитель защитного заземления

3 – заземлитель рабочего заземления

r_в и r_о – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

I_в – ток замыкания на землю

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3…5см и стальные уголки размером от 40*60 до 60*60мм и длиной 2,5…,м.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономую. Недостатками естественных заземлителей является доступность их неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Вам это будет интересно Как используется эффект Холла: принципы явления и способы применения

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

Соединение элементов в конструкции

Неважно из чего сделаны детали конструкции, из металла или железобетона, главное то, что они должны соединяться таким образом, чтобы в этих деталях образовалась электрическая цепь, проходящая по самому металлу. Если конструкция железобетонная, то следует дополнительно подготовить закладные детали в ней

Их наличие должно быть на каждом этаже объекта недвижимости.

Благодаря этим закладным деталям в устройстве можно соединить электрическое или технологическое оборудование, которое следует заземлить. Если в зданиях существуют соединения в виде болтов, заклепок или сварки, то их будет достаточно для того, чтобы смонтировать постоянную электрическую цепь. Если же подобные соединения отсутствуют то можно использовать гибкие перемычки, которые приваривают к элементам конструкции. Сечение перемычек должно быть от ста квадратных миллиметров.

Что нельзя использовать из железобетонных конструкций в качестве заземлителей? Если сборный фундамент выполнен из железобетона, то естественный заземлитель к нему лучше не подсоединять. Если есть возможность, то лучше сначала соединить между собой арматуру близлежащих блоков, и лишь потом приступать к изготовлению естественного заземления. Если такое соединение осуществить нет возможности, то тогда лучше всего сделать искусственный заземляющий контур.

Между собой железобетонные конструкции соединяются следующим образом: в случае, если фундамент здания осуществлен из свай, тогда арматуру свай соединяют с блоками фундамента или с арматурой ростверка с помощью электродуговой сварки. Но такая сварка не подойдет для пространственных колон и металлических каркасов. В этом случае применяют точечную сварку.

Типы систем заземления

Для частного дома и квартиры подходят следующие типы заземления:

• TN;
• IT;
• TT.

У первой и самой распространенной системы TN есть подтипы — S и C S. Вообще, для расшифровки аббревиатур нужно понять несколько моментов.

1. По умолчанию, первая буква t говорит о принципе функционирования питающего источника.
2. Вторая буква — N, T или I — указывает на принцип заземления и защиту открытых элементов отводов. T прописывают, если контур заземлен, N — если зануление осуществляется подключением к нейтрали, а I — когда электрическое оборудование не имеет электрических контактов, то есть отвод изолирован. На картинке ниже вы увидите обозначение заземления и соответствующую схему.
3. В нынешних Госстандартах есть понятие нулевого заземляющего проводника. Он актуален для систем с напряжение до 1 кВ. Выделяют землю (PE), нулевой заземляющий проводник (N) и объединение земли с нулем (PEN).

Системы с изолированной нейтралью

В ходе передачи и распределения электрического тока на потребителей применяется трехфазная система. Это дает возможность обеспечить симметричность и равномерное распределение нагрузки по току.

Такое устройство создает режим, предусматривающий использование трансформаторной будки и генераторов. Их нейтральные точки не оснащены контуром заземления.

Изолированный тип нейтрали применяется в схеме питания при соединении вторичных обмоток трансформаторных установок по схеме треугольника и при отсутствии питания во время аварийный ситуаций. Такая сеть представляет собой замещающую цепь.

Изолированная нейтраль способствует пробиванию изоляционного покрытия при коротком замыкании и возникновению короткого замыкания на других фазах.

Watch this video on YouTube

Система IT

Система IT с напряжением до 1000 В обеспечивает заземление через высокий уровень сопротивления и оснащена нейтралью источника питания.

Все внешние элементы электроустановки, которые выполнены из материалов, проводящих ток, заземляются. Среди преимуществ можно выделить невысокие показатели утечки тока во время однофазного КЗ электрической сети. Установка с таким механизмом может функционировать долгое время даже при аварийных ситуациях. Между потенциалами отсутствует разность.

Недостаток: защита от тока не срабатывает при замыкании на землю. Во время работы в режиме однофазного КЗ возрастает вероятность поражения током при прикосновении ко второй фазе установки.

Что такое короткое замыкание по-простому?

Какого цвета и как обозначаются провода ноля, фазы и земли в электрике?

УЗИП — что это такое, описание и схемы подключения в частном доме

Как правильно сделать контур заземления в частном доме — расчёт схемы и монтаж

Схема подключения УЗО и автоматов в щитке

Чем отличается УЗО от дифавтомата

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.

Важно! Устройство, смонтированное в соответствии со всеми расчетными данными схемы заземления, позволяет добиться максимальной эксплуатационной эффективности всего комплекса защитного заземления. Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения

На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения

Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.

https://youtube.com/watch?v=UU4RLuuVd4E

Выполняются расчеты на основании таких данных:

1. Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
2. Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
3. Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
4. Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
5. Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
6. Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
7. Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
8. При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.

Важно! Если система будет размещаться в двух слоях грунта, учитывается показатель сопротивления каждого из них. Это необходимо для определения точных данных о мощностных параметрах верхнего слоя почвы

Что выступает в роли искусственного заземлителя

Заземляющий элемент выполняется в виде проводника (электрода) определенного материала, который помещается в грунт. В некоторых случаях монтируется несколько подобных заземлителей.

Определение ситуации, когда необходимо монтировать именно группу искусственных стержней, реализуется посредством специальных расчетов. Результатом вычисления обосновывается выбор конфигурации электрода по отношению к его сопротивлению — основному показателю, определяющему качество заземления.

Искусственный заземлитель изготавливается из таких материалов:

1. Омедненная сталь. Соединение меди и стали имеет хорошее сцепление. Стержни прочные, отлично контактируют с любыми материалами. За счет химических особенностей сплав обладает отличной электропроводимостью. Электрохимическая активность меди и стали незначительна, нормальная эксплуатация заземлителей из такого металла может достигать больше ста лет.
2. Оцинкованная сталь. Преимущества — коррозионная стойкость материала, низкое сопротивление, электроды устойчивы к кислотной среде.
3. Черные металлы. Недостаток — быстрое разрушение в агрессивном грунте (образуются коррозия и ржавчина). Высокая прочность материала повышает сопротивление растеканию тока, что крайне опасно для человека.

Помимо материала, искусственные заземлители различается по форме и по расположению в почве (углубленный вертикальный и протяжной горизонтальный тип).

Системы заземления

На практике реализуются три вида систем:

• TN;
• TT;
• IT.

В соответствии с международной классификацией, системы заземлений обозначаются заглавными буквами. Первая буква определяет характер источника питания, а вторая характер заземления открытых частей электроустановок. Буквы в составе аббревиатур систем расшифровываются следующим образом:

• T — подключено к земле, то есть произведено заземление;
• N — подключено к нейтрали источника питания, то есть выполнено зануление;
• I — заизолировано.

В любой системе присутствуют нулевые проводники значения которых отображены в ГОСТе Р 50462−92. К таким проводникам относятся:

• N — нулевой рабочий (нейтраль);
• PE — нулевой защитный;
• PEN — совмещённый вариант нулевого и защитного проводника.

В системе TN нейтраль источника питания заземляется наглухо, а для подсоединения к ней открытых проводящих частей электропроводки используются защитные нулевые проводники.

Глухозамещенной такая нейтраль называется потому, что для её подсоединения используется не дугогасящий реактор, а заземляющий контур, монтируемый в непосредственной близости от трансформаторной подстанции (ТП).

• TN-C;
• TN-S;
• TN-C-S.

Подсистема TN-C

Это схема, где в рамках одного проводника присутствует совмещение нулевого рабочего и нулевого защитного проводника по всей системе. Об этом свидетельствует обозначение C: объединённый/комбинированный. В подобной системе проводник PE отдельно не реализуется, поэтому в домах с такой системой отсутствует индивидуальное заземление в квартирных розетках.

Преимущества:

• простота реализации;
• экономичность.

Недостатки:

• отсутствие независимого защитного заземления;
• отсутствие возможности уравнения потенциалов в ванной комнате;
• устаревший стандарт.

Подсистема TN-C-S

Представляет собой схему, где в рамках одного проводника совмещаются нулевой рабочий и защитный проводник, но в пределах определённого участка- как правило, от источника питания до ввода в здание. На этом этапе можно произвести расщепление проводников на две независимые шины N и PE, но потом потребуется повторное заземление.

Преимущества:

• широкий спектр использования;
• простота технической реализации;
• несложная модернизация при переходе от подсистемы TN-C.

Недостатки:

• модернизация подъездных кабельных стояков;
• опасность для электроприборов вследствие обрыва PEN проводника.

Преимущества

Естественные заземлители не делают специально, а применяют то, что есть под рукой. Для того чтобы использоваться металлические конструкции в роли заземлителей, они должны полностью соответствовать требованиям, предъявляемым правилами для электроустановок.

Естественный заземлитель можно сочетать с искусственным. Такая схема применяется, когда требуется отвести большие токи. Искусственный заземлитель будет направлять ток к естественному, по которому он уйдет в грунт.

Естественные контуры применяются достаточно часто без искусственных, сами по себе. Благодаря такому подходу обеспечивается не только безопасная работа, но и происходит значительная экономия материалов, расходуемых на обустройство заземляющего контура.

Так как конструкция уже существует, не требуется монтировать что-то еще, благодаря этому можно значительно сузить временные рамки, отведенные на монтаж, использовать простое, недорогое приспособление.

Какие требования предъявляются к искусственным заземлителям

Искусственные заземлители не подлежат окрашиванию, так как окраска играет роль изолятора и препятствует отведению электротока в землю. Таким образом, цвет заземлителя должен быть естественным, которым обладает применяемый в заземляющих устройствах, металл. Но места соединения проводников (сварочные швы) должны быть окрашены битумной краской, для предотвращения разрушения.

Нельзя размещать искусственные или применять естественные заземлители вблизи источников тепла, которые сушат землю. Для засушливых территорий существует особая железобетонная конструкция. Заземлитель делают в форме емкости, и помещают ниже поверхности земли. Емкость заполняют водой через люк. Таким образом, в заземлении принимает участие водораспределительная система. Стальные электроды соединены с выводом из емкости. Так обеспечивается оптимальное сопротивление.

Для создания искусственных заземлителей используются следующие материалы с указанными параметрами:

• диаметр стального арматурного прута не менее 10 мм;
• диаметр оцинкованного прута не менее 6 мм;
• в уголках толщина стенок от 4 мм;
• при использовании полосовой стали ее толщина должна быть не менее 4 мм;
• в молниезащитных заземлителях сечение берется от 155 мм2;
• толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5мм.

Только для временных электроустановок можно применять электроды с минимальными значениями. Чтобы заземляющее устройство служило 40-50 лет в благоприятных грунтовых условиях, достаточно выбрать стержни для него на 2-3 мм больше. Во влажных грунтах толщина и диаметры ЗУ должны быть в 2 раза выше минимального.

Из всех названых материалов наиболее оптимальным признано использование круглой арматуры, поскольку расход металла в этом случае снижается в 1,5 раза, уменьшается соответственно и себестоимость заземляющих устройств.

Коррозионная стойкость у круглой стали выше, чем у линейной, потому что у круглого электрода площадь соприкосновения с землей самая малая в сравнении с другими формами ИЗ. Еще одно преимущество состоит в том, что стержневые круглые электроды легче монтируются, экономится время, затрачиваемое на устройство ЗУ.

При заземлении мощных высоковольтных установок применяются контуры, состоящие из горизонтальных лучей, раскинувшихся на сотни метров и нескольких десятков вертикально установленных стержней. Чтобы искусственные заземлители не экранировали друг на друга, лучи разводят горизонтально в противоположные стороны. Если лучей 3, или 4, их располагают под углом 90 и 120 градусов соответственно.

Заземление посредством железобетонного фундамента

Выбор такой конструкции в качестве заземлителя можно осуществить лишь при соответствии физических основ фундамента (гидрофильность бетона) с количественными показателями влажности грунта.

Допускается реализация такого технологического варианта заземления только при условии наличия влажности грунта, на котором находится объект, свыше 3 %. Меньший показатель такой характеристики почвы отразится на гидрофильности бетона: произойдет мощное электрическое сопротивление, железобетонная конструкция потеряет свойства заземлителя.

Естественный заземлитель посредством железобетонного фундамента практичнее применять при таких условиях:

• наличие неагрессивной среды (грунтовые воды с минимальным показателем жесткости);
• отсутствие гидроизоляции;
• наличие дополнительной защиты фундамента (битумное покрытие).

Нормативная стандартизация применения такого типа заземлителя предусматривает варианты, когда его запрещено использовать в системе заземления объекта.

Общий порядок технического обследования

В основу главных подходов к проверке качества заземления заложены известные методики измерения его сопротивления растеканию тока на землю. При оценке этой величины контролю подлежат как отдельные элементы, так и контактные зоны контура заземления, который начинается от защищаемого участка и кончается точкой соприкосновения заземлителя с грунтом.

В процессе проведения работ особое внимание уделяют частям конструкции заземления, имеющим непосредственный контакт с грунтом и подвергающихся повышенному коррозийному воздействию

Дело в том, что в результате разрушения металла в зоне контакта снижается его электропроводность и повышается сопротивление растеканию тока. В результате этого показатели надёжности ЗУ, а также эффективность его действия заметно ухудшаются.

Для проверки и оценки состояния металлических переходов отдельных элементов заземлителя используются специальные измерительные приборы (омметры). Они обеспечивают снятие показаний с допустимой погрешностью.

Проведение проверки тесно связано с измерением протекающего в контуре тока, в соответствии с которым и рассчитывается величина нормируемого ПТЭЭП сопротивления.

При необходимости это значение может снижаться путём увеличения площади контакта с землёй или изменения электрической проводимости грунта.

С этой целью в конструкцию контура заземления добавляются дополнительные металлические стержни, либо повышается концентрация соли в районе его непосредственного соприкосновения с почвой.

Обследуемая заземляющая цепь считается соответствующей требованиям ПУЭ и нормам безопасности лишь в тех случаях, когда величина суммарного сопротивления всех её элементов не превышает определённого значения.

На основании полученных в процессе проверки результатов представителями специальных измерительных лабораторий составляется акт о состоянии обследуемой системы и выдаётся разрешение на её дальнейшую эксплуатацию.

Виды заземлителей: тонкости их использования

Каждый вид электрода имеет конкретное назначение, которое мы и рассмотрим:

Глубинный заземлитель — конструкция, предусматривающая сложный монтаж, но имеющая массу преимуществ. Из особенностей такого вида электродов, можно выделить, что их монтаж занимает значительно меньше места, чем стандартный контур заземления. Доказана эффективность этого проводника в местах с наименьшим удельным сопротивлением почвы. На сегодняшний день, в нормативных актах прописывается, что можно применять подобный элемент в подвале и цокольном этаже.

Искусственный заземлитель — очередная конструкция из металла, предназначенная специально для устройства . Зачастую такие материалы изготавливают на производстве и реализуют в специализированных торговых точках. Сюда включаются оцинкованные изделия или материалы, покрытые медным опылением. Отличным примером искусственного электрода выступает модульное заземление.

Естественный заземлитель — это металлическая конструкция, выступающая с любым внешним видом. Обычно в качестве электродов используются конструкции из металла или стали

Важно соблюдение структуры материала. Идеально, если на нем нет рифлений и засечек, так как эти нюансы увеличивают показатель сопротивления

Такой вид заземлителя обязательно соединяется с общей системой защиты не менее, чем двумя проводниками.

Для домашних условий идеальным решением остается использование вертикальных заземлителей, чего не скажешь о промышленном направлении. Здесь, наоборот целесообразна установка анодного электрода. Его применяют для защиты трубопроводов и подземных сооружений. По сути материал достаточно надёжный и устойчив к воздействию коррозии.