Защитное заземление. по дисциплине «безопасность жизнедеятельности и охрана труда»

Разновидности вертикальных заземлителей

Распространены следующие виды вертикальных заземлителей:

традиционный;
модульный;
гибкий;
бесконтактный;
для засушливых регионов.

Традиционный

Самый простой вариант. Отрезки стального проката длиной до 5 м вколачивают в землю кувалдой или специальным электроинструментом.

Для изготовления электродов используются:

уголок: минимальная толщина полки — 4 мм;
полоса: минимальная толщина — 4 мм, минимальное сечение — 48 кв. мм;
труба: минимальная толщина стенки — 3,5 мм;
прут: минимальный диаметр — 10 мм, оцинкованного — 6 мм.

Минимальное сечение электродов и подводящих шин для заземлителей молниезащиты составляет 160 кв. мм.

Круглые электроды наиболее предпочтительны, поскольку:

при том же сечении имеют меньшую площадь поверхности, потому меньше ржавеют;
легче вбиваются в грунт;
требуют в 1,5 раза меньших затрат стали и обходятся в 1,75 раза дешевле прочих разновидностей.

Модульный (наращиваемый)

Используются круглые стержни, снабженные конструктивными элементами для прочного соединения. По мере погружения в грунт электрод наращивается, что позволяет достигать любой глубины.

Высокая эффективность, обусловленная значительной глубиной погружения: чтобы обеспечить сопротивление в 2 Ома достаточно 1-го электрода длиной 12 м, тогда как 3-метровых для этого требуется 15 м и более.
Компактность: заземлитель занимает мало места на поверхности участка.
Долговечность: модули имеют коррозионноустойчивое медное или цинковое покрытие.

диаметр: 12 – 25 мм;
длина: 1,2 – 5 м.

Применяются разные способы соединения секций:

резьбовыми муфтами;
резьбовое без муфты (стержни навинчиваются один на другой);
муфтой без резьбы;
фрикционный метод: один стержень заклинивается в другом.

При выборе модульного заземлителя внимание обращают на характеристики покрытия:

толщина;
адгезия: подразумевается сила сцепления покрытия с основным материалом, препятствующая его соскальзыванию в процессе внедрения в грунт.

Электрод изготовлен в виде тонкостенной трубы из нержавеющей стали (толщина стенки составляет 1 – 2 мм) с находящимся внутри сердечником из полужесткого пластичного материала. Он хорошо переносит процесс забивания, но при попадании на препятствие в грунте (камень и пр.) изгибается и обходит его. Наконечник делают закругленным, чтобы он лучше соскальзывал с препятствия.

Стандартный диаметр стальной трубы — 15 мм. Диаметр «начинки» из пластичного материала больше, за счет чего она после запрессовывания в трубу удерживает последнюю от смятия.

Системы TN

Такие конструкции отличаются наличием глухо заземленной нейтрали и подсоединением к ней всех способных проводить электроэнергию элементов сети.

Подключение к нейтрали производят используя нулевые проводники.

Электрошкафы, щиты и корпуса приборов, подключают к проводнику PEN. Выполняется это для создания короткого замыкания, при пробивании проводки на корпус, в результате чего, защитные автоматы обесточивают сеть, идущую на вышедший из строя участок сети, таким образом, предупреждая поражение током людей, находящихся поблизости.

Система с нулевым и расчлененным рабочим проводником

Система TN-S

Система TN-S для безопасности оборудована двумя, а не одним нулевым проводом, один из них служит как защитный провод, а второй используется в качестве нейтрального проводника, подключенного к глухо заземленной нейтрали. Эта конструкция сегодня является самой безопасной, способной эффективно защитить от удара электричеством.

Принцип работы этой конструкции состоит в том, что используют всего одну фазу для подачи рабочего напряжения и ноль.

Разводку производят проводом из трех жил, одна из которых служит как нуль и подключается к вводному проводу.

Система c проводом PEN и двумя нулями

Система TN и TN-C-S

Здесь характерно использование в определенном месте оборудования, соединенного с нулевым проводом, расщепляющимся на два проводника: PE и N, для последующего заземления оборудования.

Для бесперебойной работы, система TN-C-S после места раздвоения, оборудуется еще одним заземлителем.

Простой переход на нее во время ремонта старых домов.
Простая конструкция защиты от молнии.
Возможность создания защиты проводки простыми автоматами от замыкания.

Риск перегорания нулевого провода вне здания, что грозит пробоем корпусов из металла электротоком.
Нужда в использовании оборудования для уравнивания потенциалов.
Сложность в создании действенной защиты внегородской черты.

Для частных, хозяйственных строений, ПУЭ советуют использовать совершенно другую систему — TT.

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.

Расположение электродов

Входящие в общую заземлительную конструкцию детали могут располагаться вертикально или горизонтально. При первом способе монтажа электроды закапываются в грунт на 70 см. При этом их длина не должна превышать 5 м, а диаметр должен находиться в диапазоне 10−16 мм.

Горизонтальный метод укладки предполагает углубление заземлителей на 50 см (в случае с пахотной землёй на — 1 м). Горизонтально расположенные стальные пруты диаметром более 1 см (либо стальные полосы толщиной более 4 мм) используются для связывания вертикально установленных элементов, стыки между ними фиксируются при помощи сварки. Такой метод показывает свою эффективность лишь при достаточной электропроводимости верхнего слоя грунта.

Правила устройства электроустановок обязывают обеспечить заземление для электрооборудования бытового и промышленного назначения. Чётких требований относительно того, как электроды должны располагаться в грунте, не существует. В каждом конкретном случае это определяется индивидуально.

Вам это будет интересно Работа сторонних сил в цепи постоянного тока и источники ЭДС

Электрическая безопасность, созданная с помощью искусственных заземлителей, реализуется с помощью уменьшения разности потенциалов и отвода блуждающего тока. Ток утечки возникает вследствие взаимодействия заземляющего элемента и фазного кабеля. Одновременно обеспечивается бесперебойное и эффективное функционирование электротехники.

Как устанавливать искусственный электрод в грунт

Искусственный заземлитель в процессе изготовления неоднократно подвергается проверке на соответствие всем параметрам нормативных требований. Аналогичная ситуация с его установкой и расположением в грунте. Обобщив данные, можно выделить основные моменты производства такого электромонтажа:

Процесс установки практически полностью механизирован.
Если предусмотрено два протяженных (горизонтальных) луча, от заземляемой части электроустановки электроды прокладываются в противоположных направлениях. При условии, что заземлителей больше двух, прокладка лучей осуществляется под наклоном (угол в 120° – 90°). Обусловлено такое размещение улучшением показателя сопротивляемости.
При монтаже заземлителя часто происходит распределение потенциалов. Разница потенциала на поверхности грунта (сверху заземлителя) и вокруг элемента (внутри почвы) служит причиной возникновения опасных напряжений. Для выравнивания потенциалов в таких случаях искусственный заземлитель изготавливается в форме сетки. Горизонтальные электроды прокладываются как вдоль, так и поперек площади электроустановки. Соединения на местах пересечения выполняются сваркой.

Завершающим этапом выполнения заземления обязательно будет работа по измерению параметров сопротивления заземления.

Разновидности конструкций

Применение неправильно подключённых электроприборов может быть небезопасным. Опасность состоит в том, что в процессе использования может случиться пробой, в результате которого напряжение перейдёт на корпус устройства. Это напряжение может как вывести из строя сам прибор, так и нанести человеку электротравму разной степени тяжести (вплоть до летального исхода). Для предотвращения подобных проблем могут быть использованы два вида заземления:

Естественное. К нему относятся массивные конструкции, постоянно находящиеся в земле. Роль естественных заземлителей отводится фундаментам зданий, водопроводным трубам, металлоконструкциям и шпунтам, хорошо закреплённым в грунте. Достоинство таких конструкций в том, что на обеспечение заземления с их помощью не требуется дополнительных затрат. Однако сопротивление естественного контура невозможно рассчитать.
Искусственное. Заземление такого рода создаётся специально из горизонтальных и вертикальных элементов (электродов), изготовленных из определённого материала и имеющих конкретный размер. В качестве основных элементов искусственного контура чаще всего выступают стальные детали, имеющие круглую или угловую форму. Качество такого заземления зависит от сопротивления, которым обладают искусственные заземлители. Определение сопротивления каждого электрода осуществляется по специальной формуле.

Во всех современных устройствах, работающих за счёт электроэнергии, предусмотрено заземление. Всё, что требуется сделать — просто обеспечить соединение с основной заземлительной системой.

Как подбираются размеры искусственных электродов

Все параметры основной конфигурации проводников в обязательном порядке должны соответствовать нормативным требованиям профильной документации, в частности ГОСТ Р 50571.5.54-2013.

Основные аспекты:

Стальной прут в диаметре должен быть свыше 10 мм.
Оцинкованный арматурный стержень должен иметь диаметр 6 мм и больше.
Соблюдение толщины стенок в уголках — свыше 4 мм.
Молниезащитные заземлители применяются с сечением свыше 155 мм².
Стенки отбракованных труб монтируются с толщиной свыше 3,5 мм.
Толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5 мм.

Правильно подобранные материалы и размеры электродов, применение оптимальной вариации производства такого электромонтажа — основные рабочие моменты заземления, которые влияют на качество работы заземлителя.

Искусственный электрод обладает важным эксплуатационным преимуществом, обусловленным принципом монтажа. Такой вид чаще монтируется глубоко в грунт. За счет грунтовых вод уменьшается показатель удельного сопротивления материала. Итог — реализация оптимальной характеристики и стабильности конечного сопротивления заземлителя.

Типы искусственного заземления

Основной регламентирующий документ в России, который позволяет использовать разные системы заземления — ПУЭ пункт 1,7. Он был разработан с учетом способов устройства заземляющих систем, их классификации и принципов. Документ утвержден специальным протоколом Международной электротехнической комиссии.

Сокращенные названия существующих систем являются сочетаниями первых букв французских слов.

Т – заземление.
N – подсоединение к нейтрали.
I — изолирование.
С – соединение рабочего и защитного нулевых проводников в один провод.
S – раздельное использование защитного и рабочего нулевых проводников.

Чтобы понять, в чем заключаются отличия и способы реализации, нужно ознакомиться с каждой разновидностью более детально.

Устройство заземления TN

Самый распространенный вид заземляющих систем. Суть его заключается в соединении нулей с землей вдоль всей длины. Этот тип имеет еще одно альтернативное название – снабжение глухозаземленной нейтрали.

Для реализации способа требуется технологично вбить в вертикальном положении группу штырей в землю, чтобы глубина залегания была не менее 2,5 метров. Все штыри должны быть соединены друг с другом при помощи кабеля и полоски в единый контур жилого дома.

Система TN-C

Достаточно устаревшая система, которая все еще используется в старых жилых фондах. Суть защиты заключается в том, что ноль N играет также роль защитного провода РЕ, две функции совмещены в одном проводнике. Преимущество этого способа заключается в простоте реализации и бюджетном изготовлении, предназначен для электрических приборов мощностью не более 1000 В.

На сегодняшний день этот тип несет потенциальную опасность, поскольку не имеет ни единого отдельного проводника. Если при аварийной или нештатной ситуации обрывается нулевой провод, весь электрический потенциал концентрируется на приборах, а это уже несет опасность для здоровья и жизни человека, есть вероятность образования пожара.

Система TN-S

TN-S

В проектируемых новых зданиях используется новая заземляющая система. Суть ее реализации заключается в присутствии отдельного провода фазы, нейтрали и защитного проводника. Проводники РЕ и N – отдельные составляющие системы электроснабжения.

Система заземления TN-C-S

Данная заземляющая система вобрала в себя лучшие качества своих предшественников и частично исключила их недостатки. Способ относительно прост в реализации, еще одно достоинство вида – можно реализовать во время реконструкции и модернизации устаревших зданий. Смысл состоит с организации системы TN-C, здесь разделяют нейтральный провод на два проводника N и PE, далее начинает реализовываться способ TN-S.

Однако по-прежнему не решена проблема защитного контура системы ТN-С. Если шина обрывается, весь электрический потенциал концентрируется на бытовых приборах. Бороться с этим недостатком можно с помощью вспомогательных конструкций, например, реле напряжения, которое способно автоматически проводить аварийное отключение приборов от сети.

Расположение электродов

Вам это будет интересно Устройство и применение резистора в электрической цепи

Использование фундамента

При создании контура необходимо знать, как происходит соединение железобетонных элементов здания. Например, фундамент чаще всего соединяется с остальными элементами путем сваривания арматуры. Если фундамент выполнен из свай, соединение арматуры фундаментных блоков с ними или свай с ростверком можно осуществить при помощи электросварки

Стоит обратить внимание на то, что такой способ не подходит для соединения каркасов из металла и пространственных колонн. Их соединение выполняют при помощи точечной сварки

В качестве заземлителя не всегда можно использовать фундамент из железобетона. Применять такой контур можно лишь в случаях, когда влажность почвы не ниже 3 %. При меньшей влажности сопротивление фундамента будет слишком высоким, что не позволит применить его для устройства контура.

Фундамент подходит в качестве заземляющего контура, если находится в слабоагрессивной среде. Например, к такому воздействию относится наличие грунтовых вод с низкой жесткостью. Хорошо подходят фундаменты, не имеющие гидроизоляции, либо поверхность которых защищена битумом. При этом нельзя применять фундамент из железобетона, находящийся в непосредственном контакте с агрессивной средой. Такое воздействие приведет к коррозии его элементов. Существуют конструкции, в которые включена напрягаемая арматура, они также не подходят для создания естественного заземляющего контура.

При внимательном осмотре здания можно решить, подходит его фундамент или другие элементы для создания заземления или нет. Стоит отметить, что большинство бетонных конструкций таким требования отвечают, поэтому никакой необходимости создавать искусственное заземление не возникает. Благодаря этой особенности бетонных сооружений не придется производить большие затраты на провода. Все они будут находиться внутри здания, что позволит сэкономить на их длине, и это значительно снизит расходы на материалы.

Естественный заземлитель: что можно использовать

Стандартизация применения заземлителей в электроустановках зданий регламентируется в материалах следующей документации:

ПУЭ 7-е издание Раздел 1 Глава 1.7.
ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96).
ГОСТ Р 50571.22-2000 (МЭК 60364-7-707-84).
ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80).

Основным требованием при применении естественного контура выступает его устойчивость к протекающим токам короткого замыкания. Исключается вариант возможного нарушения работоспособности связанных с заземлителями устройств.

Естественный заземлитель предусматривает строение конструкции, которая постоянно находится в земле. В качестве заземляющих устройств такого типа принято использовать:

Металлическую или железобетонную конструкцию (арматура, железобетонные фундаменты объектов, находящиеся в соприкосновении с почвой).
Водопроводные трубы из металла, проходящие под землей.
Трубы буровых скважин обсадного типа.
Металлические сваи (шпунты) ГТС.
Оболочки металлического состава различных бронированных кабелей, проходящих под землей.
Железнодорожные колеи неэлектрифицированных дорог при обязательном наличии перемычек.

Соответствие требованиям ПУЭ по соотношению сечения проводимости — общеобязательный аспект выбора любого устройства в качестве заземляющего элемента. Естественный заземлитель соединяется с заземляющей магистралью электроустановки в двух и более местах.

В качестве естественного контура запрещено применять:

Конструкции металлических труб горючих или токсичных веществ, газов.
Трубы с коррозионно-стойкой изоляцией.
Проводники отопительных систем или канализационных магистралей.

Основные части конструкции

Система представляет собой устройство с простой конструкцией, состоящей из следующих элементов:

двух железных штырей;
шины или провода с сечением, превышающим 4 мм2, которые имеют цветовую маркировку в виде продольных жёлтых и зелёных полос.

Штыри являются каркасом, использующимся для соединения заземлительных клемм аппаратуры с соответствующей шиной и выполняющих роль проводников электрической энергии. Как правило, они вбиваются в землю на глубину от 2 до 3 метров. Совместно с шиной штыри образуют так называемую металлосвязь.

Металлосвязь — это обязательный элемент, расположенный в любом жилом доме, который представляет собой железную сварную конструкцию, соединяющую друг с другом верхние концы заземлителей. Её заводят к вводному щитку дома для дальнейшей разводки по квартирам.

В соответствии с приложением 3 пт.26 ПТЭЭП правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей, измерение сопротивления металлической связи осуществляется со следующей периодичностью:

более 1 раза в 12 лет для опорных конструкций воздушных линий (ВЛ) напряжением свыше 1 кВ и более 1 раза в 6 лет для ВЛ до 1 кВ;
более 1 раза в 12 лет в соответствии с графиком планово-профилактических работ (ППР).

Для проведения измерения используются клеммы заземления электроустановки и наиболее удалённый наземный контур. Проверка сопротивления производится на каждом участке линии и значение этого параметра на каждом участке не должно быть больше 0,1 Ом.

Монтаж искусственных заземляющих устройств

Поиск Лекций Заземляющее устройство состоит из заземлителей – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников -заземляющих шин и проводов , соединяющих корпуса электроустановок с заземлителями.

Искусственные заземлители, которые в зависимости от формы и расположения в грунте делят на три группы:

· углубленные горизонтальные — из полосовой или круглой стали, укладываемые горизонтально на дно котлованов зданий по периметру фундаментов;

· горизонтальные — из круглой или полосовой стали, уложенные в траншею;

· глубинные вертикальные — из стальных вертикально ввинченных или вдавленных в грунт стержней из круглой стали.

Углубленные заземлители укладывают на дно котлованов под фундаменты зданий и сооружений при производстве строительных работ. Углубленные заземлители из полосовой или прутковой стали, представленные на рисунке 1, укладываются горизонтально на дно котлована в виде протяженных элементов или контуров по периметру фундамента здания. Углубленные заземлителииз стальных круглых электродов диаметром 12 — 16 мм и длиной 5 — 6 м, соединенные полосой, закладывают на дно котлованов на глубине 3 — 4 м при сооружении фундаментов цехов, подстанций и опор линий электропередачи.

Рисунок 1 — Углубленные заземлители

Вертикальные заземлители из круглой стали диаметром 16 мм ввертывают в грунт или вдавливают. Для этих целей используют различные передвижные механизмы (копры, вибраторы, гидропрессы, бурильно-крановые машины) и ручные приспособления. Рытье траншей производят землеройными машинами.

Глубинные вертикальные заземлителипредставлены на рисунке 2.Использование глубинного заземлителя позволяет существенно уменьшить площадь, занимаемую заземлителем на поверхности, а также уменьшить сопротивление заземления, так как электрод(ы) такого заземлителя находится в слоях грунта с меньшим удельным сопротивлением, чем у поверхностных слоев (за счет большей влажности и плотности почвы). Вертикальные заземлители – стальные ввинчиваемые стержни диаметром 12 – 16 мм, угловая сталь с толщиной стенки не менее 4 мм или стальные трубы (некондиционные с толщиной стенки не менее 3,5 мм). Длина ввинчиваемых электродов составляет 4,5 – 5,0 м, забиваемых уголков и труб 2,5 – 3 м. Верхний конец электрода должен выступать над поверхностью земли на расстоянии 0,6 – 0,7 м. Расстояние от одного электрода до другого должно быть не менее его длины;

Рисунок 2 — Глубинные заземлители

Модульное заземление, представленное на рисунке 3, предназначено для монтажа заземляющих устройств (заземлителей) на жилых объектах (дом, дача), на телекоммуникационных и энергетических объектах операторов мобильной и стационарной связи, на промышленных предприятиях.

Такой заземлитель представляет собой сборную конструкцию, состоящую из соединенных вместе стальных штырей длиной 1,5 метра, покрытых слоем меди.

А) б) в)

poisk-ru.ru

Разновидности конструкций

Естественное. К нему относятся массивные конструкции, постоянно находящиеся в земле. Роль естественных заземлителей отводится фундаментам зданий, водопроводным трубам, металлоконструкциям и шпунтам, хорошо закреплённым в грунте. Достоинство таких конструкций в том, что на обеспечение заземления с их помощью не требуется дополнительных затрат. Однако сопротивление естественного контура невозможно рассчитать.
Искусственное. Заземление такого рода создаётся специально из горизонтальных и вертикальных элементов (электродов), изготовленных из определённого материала и имеющих конкретный размер. В качестве основных элементов искусственного контура чаще всего выступают стальные детали, имеющие круглую или угловую форму. Качество такого заземления зависит от сопротивления, которым обладают искусственные заземлители. Определение сопротивления каждого электрода осуществляется по специальной формуле.