Типы заземления электроустановок: Заземление — Википедия – Виды и типы заземления, назначение различных систем

виды, защитное заземление, заземляющее устройство

Защитное заземление — это система, созданная для предупреждения воздействия электрического тока на человека, путём преднамеренного соединения с землёй корпуса и нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Системы заземления могут быть естественными и искусственными.

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на человека. Ещё одно назначение защитного заземления — отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.

Основная цель применения заземления — снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.

Что такое нейтраль?

Нейтраль — это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования — зануление электроустановок.

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

PEN-проводник — это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.

PE-проводник — это защитное заземление, которое мы используем, например,  в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

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.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

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.

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.

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.

Системы заземления: виды, схемы

Для установки «земли» в жилых и промышленных помещениях используются различные типы проводов и принципы установки защитных конструкций. Системы заземления электроустановок TN (подтипы TN S, TN C S), ТТ и IT могут применяться как для частного дома, так и для квартиры.

Виды

Обозначение всех систем расшифровывается следующим образом:

• Первая буква (t по умолчанию) – указывает на принцип работы источника питания;
• Вторая буква (N, T, I) – определяет принцип заземления и защиты открытых частей различных электрических отводов. Эта маркировка является международно принятой аббревиатурой.

Фото — схемы

Классификация систем заземления и их описание по заземлению отводов:

1. N – принцип зануления посредством подключения к нейтрали;
2. T – контур заземлен;
3. I – изолированный отвод, т. е., у электрооборудования нет открытых контактов. Это применяется в основном для защиты производственных установок.

Также современными параметрами ГОСТ введено такое понятие, как нулевой заземляющий проводник (используется в системах с напряжением до 1000 в). Он бывает N – просто нулевой, PE – земля, PEN – земля, объединенная с нулем.

Принцип работы каждой указанной системы разный, поэтому ПУЭ не разрешает использовать определенные типы защитного заземления до проверки соответствия требованиям определенных электрических сетей.

Назначение

Рассмотрим описание работы и схемы каждой из использующихся систем заземления.

TN – это система, в которой нейтральный провод глухо заземлен, а все остальные электрические отводы подключены к ней. Особенности этой схемы в том, что для её реализации возле трансформатора устанавливается специальный реактор, который гасит дугу, появляющуюся в проводке.

Фото — TN-C

У этой системы есть две разновидности: TN-С и TN-CS. TN-С характеризуется тем, что для защиты системы электроснабжения используется одни комбинированный отвод, объединяющий нейтраль и землю. Этот проводник чаще всего используется в жилых помещениях, промышленных зонах и т. д. У него свои достоинства и недостатки:

1. К плюсам можно отнести простоту и универсальность установки. Устройство такого заземления легко производится своими руками;
2. Но существенным недостатком является отсутствие отдельного заземляющего провода. Во многоквартирном доме такая система может быть не просто неэффективна, но и опасна. Кроме того, когда открытые отводы находятся под напряжением, они могут ударить током. Чтобы предупредить это, многие хозяева отдельно обустраивают зануление сети;
3. Перед монтажом требуется провести предварительный расчет сечения проводников;
4. При использовании этой методики нельзя производить выравнивание потенциалов;
5. В основном она используется для заземления дачи, старых квартир или частных домов. Для современных новостроек применяется очень редко, т. к. технология не подходит по своим техническим характеристикам.

Сравнительно с ней, TN-CS более безопасна для бытового использования. Она состоит из двух кабелей: заземления и нуля. Если Вы обустраиваете проводку в новом доме, то рекомендуем обратить внимание именно на такой раздельный вариант, она идеально подойдет для нового жилого фонда.

Фото — TN-S

Протягивается она от самой трансформаторной подстанции, где напрямую заземляется. Из-за этого при установке можно столкнуться с рядом проблем. Помимо этого техническое проектирование и требования ПУЭ требуют для её реализации использования трехжильного либо пятижильного провода.

Чтобы упростить установку земли, придумали систему, объединяющую достоинства и упрощающую недостатки двух предыдущих. Это TN-C-S. Здесь, как и в TNC есть нулевой провод, который способствует повышению сопротивления при утечке, но, как и TNS, она раздельная. За счет этого обеспечивает мгновенную реакцию УЗО при аварийной ситуации.

Фото — TN-C-S

Не требует использования дорогого пятижильного провода и может монтироваться в любых постройках и для различного сечения проводников. При этом нужно отметить, что заземление производится по стоякам в подъезде, поэтому предварительно обязательно нужно взять разрешение у электропоставляющей компании. Также к недостаткам нужно отнести тот факт, что если обрывается заземляющий кабель, то открытые отводы стояков могут быть под высоким напряжением.

Схема системы глухого заземления и молниезащиты TT является глухозаземленной и полностью изолированной. В ней для подключения открытых отводов электроустановок или коммуникаций используются специальные нейтральные переходники. Её принцип действия очень простой, но он нецелесообразен для дома или квартиры. Если объяснить просто, то в землю у здания забивается металлический колышек, который соединяется с отводами. К такому контуру подключается оборудование. Установка такой системы допускается только в небольших нежилых помещениях, скажем, в бане, МАФе и прочих постройках. Также может использоваться для освещения или местного отопления (теплицы, инкубатора). Профессиональный вариант можно увидеть у компании Zandz.

Фото — TT

Главным достоинством такого стержневого метода является его мобильность. При необходимости все содержимое этой модульной конструкции просто переносится на другое место, чего нельзя сделать ни с одной другой «землей». Это очень удобно, если требуется замена, проверка, осмотр или ремонт постоянной стационарной системы.

Фото — стержень

Применение системы IT в основном производится различными лабораториями или медицинскими организациями. Монтаж осуществляется посредством нейтрали, которая изолируется от заземления. При этом иногда используется, где земля подключается за счет крепления нейтрального кабеля к приборам с очень высоким сопротивлением. Её техническое исполнение обеспечивает практически полное отсутствие различных магнитных полей, вихревых токов и других недостатков прочих систем заземления. Подобный комплект (Galmar и прочие) можно купить и использовать и в бытовых целях, но он довольно дорогой. Его стоимость варьируется от 50 долларов до нескольких сотен (цена зависит от протяженности системы).

Фото — IT

Видео: зануление и заземление

Технические параметры

К каждой системе выдвигаются определенные требования, они описываются в соответствующих ГОСТах, поэтому мы отдельно расскажем только про общие особенности:

1. Для любого заземления требуется УЗО;
2. Нельзя подключать землю к коммуникациям или другим выводам общего пользования;
3. Для установки стационарных систем можно использовать заземляющий контур, отдельный колышек (как в стержневой) – запрещено;
4. Перед началом электротехнических работ обязательно проконсультируйтесь со специалистом. Более того, возможно понадобится взять разрешение на их проведение.

Виды заземления TN-C и TN-S, TN-C-S, TT и IT заземление

Виды заземления: TN-C и TN-S, TN-C-S

Содержание статьи

Заземлением принято называть намеренное соединение металлических частей электроприборов с устройством заземляющего контура. Такой подход позволяет не только обезопасить работу электрооборудования, но и защититься от утечки тока, а также от скопления статистического электричества.

Для устройства заземления в землю забивают металлические проводники, которые кабелем или металлической шиной соединяют с корпусом электропотребителей. Основной характеристикой заземления, является его сопротивление и сечение проводников, которое определяет качество заземления.

На сегодняшний день бывают разные виды заземления: TN-S и TN-C, TT и IT, а также TN-C-S. Какое различие между всеми вышеперечисленными видами заземления, и какое заземление, самое надежное из всех? Ниже, в данной статье строительного журнала samastroyka.ru, как раз и будут рассмотрены все эти вопросы.

Виды заземления: TN-C и TN-S, TN-C-S, TT и IT

TN-C заземление

было разработано и сконструировано в начале прошлого века в Германии. В данном виде заземления PE-проводник соединён с рабочим нулём в один провод. Основным недостатком TN-C заземления является возникновение большого линейного напряжения в случае обрыва нуля на корпусе электроприбора. Тем не менее, такой вид заземления можно до сих пор встретить в старых советских постройках.

TN-S заземление пришло на смену опасной системе TN-C в далеких 30-х годах прошлого столетия. В этой системе заземления защитный и рабочий ноль уже разделялись на подстанции, а заземлитель был вынесен в отдельную металлическую конструкцию из толстой арматуры. Вследствие этого, даже при разрыве рабочего нуля, не возникало сильного линейного напряжения, которое и стало основным недостатком TN-C заземления.

TN-C-S заземление представляет собой систему, в которой разделение рабочих и защитных нулей происходит непосредственно в самой линии. Однако такой вид заземления, точно так же, как и TN-C заземление имеет один и тот же существенный недостаток, связанный с линейным напряжением в случае обрыва нулевого провода.

TT заземление представляет собой систему, где непосредственно сама КТП имеет соединение с устройством заземления. В ней абсолютно все токопроводящие элементы имеют надежное соединение с заземлителями, которые отделены от заземлителей нейтрали трансформаторной подстанции.

IT заземление представляет собой систему заземления повышенной электробезопасности. В данном виде заземления нейтраль источника электроснабжения имеет собственную защиту, а токопроводящие элементы заземлены. Такая система заземления устанавливается там, где требуются высокие требования касательно электробезопасности установок.

Характеристики и параметры заземления

К каждому из вышеперечисленных видов заземления выдвигаются свои определенные требования, которые регламентируются соответствующими разделами ГОСТа.

Основными для всех систем заземления условиями работы, являются:

1. Наличие установленного УЗО;
2. Запрет подсоединения к коммуникациям;
3. Использование только заземляющего контура для установки стационарных систем.

Как было сказано выше, основным параметром заземления, является его сопротивление. Чем больше напряжение, тем меньше должно быть сопротивление заземления. Так, например, для напряжения в сети 220 Вольт, нормальным сопротивлением заземления считается показатель в 8 Ом. В электрических сетях 380 Вольт, сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом, а в сетях 660 Вольт, не более 2 Ом.

Не менее важным параметром заземления, считается и сечение проводников. Сечение алюминиевых и медных неизолированных заземляющих проводников в электроустановках до 1 кВт, должно составлять не менее 6 и 4 кв. мм. Для изолированных защитных проводников, сечение может быть уменьшено, до 1 и 2,5 кв. мм., соответственно.

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Какие бывают системы заземления

Типы заземления

Заземление – совокупность технических решений по соединению открытых металлических частей электрических устройств с землёй или специальным заземляющим контуром. На практике провод заземления выполняется в желто-зеленых тонах, один вывод которого имеет доступ к корпусу подключаемого оборудования.

Заземление бывает естественным, когда корпуса приборов соединяются непосредственно с трубами, стержнями и прочими расположенными в грунте металлическими предметами, и искусственное.

Первое при эксплуатации домашних и общественных электросетей запрещено нормативами ПУЭ.

Искусственное заземление осуществляется по специально выделенному сетевому проводу. Допускается не применять заземление при напряжении до 42 В переменного тока.

5 основных типов защитного заземления

В международной практике существует 5 основных типов защитного заземления электросетей:

1. TNC – Terre Neuter Combined (заземление с комбинированной нейтралью). Эта система все ещё встречается в старом жилфонде (отсутствует разделение идущего от генератора или трансформатора глухозаземлённой нейтрали PEN на заземляющий PE и рабочий ноль N). Используются двухжильные для однофазных и четырёхжильные для сетей с трёхфазным питанием.

В проектировании электросетей современных построек отказываются от применения TNC-системы, поскольку комбинированный ноль означает отсутствие полноценной защиты. При обрыве «нуля» на домашних устройствах может появиться электрический ток.

Правилами ПУЭ запрещают установку коммутационных устройств в разрывы РЕ- и PEN-проводников. Единственное преимущество TN-C – дешевизна и простота монтажа.

2. TN-S – Terre Neuter Separated (заземление с раздельной нейтралью). На всём протяжении от трансформатора пятижильный кабель идет с разделённой на рабочий «ноль» и «землю» нейтралью.

Остальные 3 провода – это фазы. Однофазная сеть проводится трёхжильным кабелем (фаза, нейтраль и «земля»). Очевидным недостатком являются высокие издержки и отсутствие унификации существующих электросетей.

Система TN-S — по надёжности самая передовая и безопасная конфигурация заземления, выполняющая функцию максимальной защиты электрооборудования и людей от поражения электричеством благодаря применению УЗО, дифавтоматов, автоматических выключателей и СУП.

Высокая степень безопасности в TN-S достигается полным размыканию цепи (нейтрали и фаз) при срабатывании, в то время как «земля» PE продолжает выполнять свои функции. Также она отличается отсутствием помех на линиях питания.

3. TN-C-S — Terra Neutrum Combined Separated (заземление с комбинированно-раздельной нейтралью) – провод заземления и рабочий ноль объединены до ввода в здание, где далее идет расщепление на проводники N и РЕ.

После разделения такая схема внутри дома фактически превращается в TN-S, монтируется по аналогичным принципам и обладает теми же достоинствами с той лишь разницей, что при обрыве PEN-проводника напряжение может оказаться на корпусах. По этой причине возникает необходимость дополнительной защиты PEN-проводника.

4. TT – Terra Terra (автономный контур заземления) — к данной конфигурации прибегают в случаях, когда применение систем TN-C, TN-S и TNCS не способно обеспечить надлежащую безопасность электросетей.

Такие ситуации возникают из-за аварийного состояния линии электропередач в удалённых населённых пунктах, во временных строениях и торговых металлических контейнерах.

Главный принцип этой системы заключается в отсутствии связи и в разделении защитного РЕ-проводника и рабочего ноля N, подключённого к заземлителю питающего трансформатора. Внутри строения создается шина для подключения корпусов электроприборов к внешнему заземлителю. Систему ТТ рекомендуется использовать с устройством УЗО.

Главное преимущество данного типа заземления заключается в полной независимости от аварии или обрыва защитного провода в линии питания, что гарантирует высокий уровень защиты. Главный минус же связан с высокими требованиями к автономному контуру заземления и характеристикам УЗО.

5. IT – Isolated Terra (изолированное заземление) — нейтраль от питающего трансформатора изолирована от земли или связана с ней через большое сопротивление.

Также предполагается обязательное наличие автономного контура заземления, с которым соединяются токопроводящие корпуса электроприборов. Величина тока утечки при однофазном замыкании на землю при таком соединении ничтожно и не представляет угрозы даже в аварийном режиме. Для повышения надежности также рекомендуется использование УЗО.

Данная схема системы заземления считается наиболее электробезопасной и применяется в лабораториях и медицинских учреждениях, в шахтах и горнодобывающих предприятиях, где используется чувствительная аппаратура. Реализация схемы IT в домашних электросетях и крупных предприятиях затруднительно, так как расширение сети увеличивают ток фазного замыкания и снижает безопасность.

Заключение

Системы заземления и заземление любого типа выполняет 3 простейшие функции: устранение помех в линии электропитания, обеспечение нормального функционирования электрооборудования и защита людей от поражения электричеством. Это проявляется в конструировании такой конфигурации схемы защиты, которая бы максимально отвечала требованиям и особенностям конкретной электросети и условиям эксплуатации.

Еще статьи

Похожие посты:

• Системы заземления TN-C, TN-S, TN-C-S, Рубрика Защита электрики

Поделиться ссылкой:

Похожее

Системы заземления — обзор типов TN-C, TN-S, TN-C-S, классификация

Проектирование жилых домов, зданий, электрического оборудования, схем освещения предусматривает надежную работу и электрическую безопасность, что достигается правильно выполненным заземлением электроустановок.

В пункте №1.7 ПУЭ изложены требования к схемам выполненного заземления, так как есть естественная система заземления и искусственная схема заземляющих устройств, конструкций и оборудования.

Естественные и искусственные заземлители

Схема заземления считается естественной в том случае, если в земле постоянно находятся металлические части объектов заземления, такие как металлические трубы и сваи, разного диаметра арматура, другие предметы, имеющие способность проводить ток.

Исходя из того, что параметры растекания тока в земле от естественных заземлителей сложно контролировать, применение их в работе электрических установок запрещается. Во всей нормативной документации разрешается работать электроустановкам, имеющим искусственное заземление.

Созданное устройство заземления оборудования или зданий имеет основной параметр — это значение сопротивления, которое подлежит нормированию. В этом случае есть контроль над растеканием тока, поступающего по заземляющему устройству в землю.

Показатели сопротивления заземлителя зависят от таких факторов, как:

• вид грунта и его состояние;
• конструкция заземляющего устройства;
• материал, применяемый для выполнения конструкции заземлителя;
• площадь контакта устройства заземления с грунтом.

Естественные и искусственные заземлители:

Естественные и искусственные заземлители

Виды искусственных заземлителей:

Классификация систем заземления проводится Международной электротехнической компанией (МЭК), а документом по реализации схем заземлителей в РФ является ПУЭ, пункт №1.7. Он регламентирует и классифицирует системы заземляющих устройств. Все системы имеют сокращенное обозначение, по начальным буквам французских слов: Земля — «TERRE» (Т), Изолировать — «ISOLE» (I), Нейтраль — «NEUTER» (N) и слов английского происхождения: Комбинированный — «COMBINED» (С), Раздельный — «SEPARATED» (S).

Назначение принятой аббревиатуры МЭК следующее:

• Т обозначает заземление;
• N показывает подключение устройства к нейтрали;
• I указывает на применение изолированных проводов;
• C говорит о том, что в заземляющем устройстве объединяются функции защитного и функционального «нулевого» провода;
• S указывает на то, что в заземляющей схеме применяется раздельное применение функционального «нулевого» провода и провода защитного заземления.

Заземляющие схемы, виды:

Схемы заземления

Во всех системах искусственного заземления первая буква показывает на то, как сделано заземляющее устройство на источнике энергии (трансформатор, генератор), а вторая — на способ заземления потребляющих электрическую энергию объектов. Специалисты выделяют три системы заземляющих устройств: ТТ, IT, TN. Кроме этого в заземляющей системе ТN есть три подсистемы, они обозначаются как TN-S, TN-C, TN-C-S.

Заземляющее устройство TN

Система заземления TN подразумевает совместную работу «нулевого» провода функционального назначения, а также защитного провода с «общей» глухо заземленной «нейтралью» от генератора или от понижающей трансформаторной подстанции. В этой схеме предусматривается подключение к «нулю», который соединен с «нейтралью», всех имеющих экран кабелей, а также токопроводящего корпуса оборудования. Нулевые провода в этой системе имеют обозначение по ГОСТу Р50571.2 – 94:

• N обозначает функциональное назначение, «ноль»;
• PE указывает на защитное назначение «нуля»;
• PEN показывает совмещенное назначение функциональных и защитных проводов «нуля».

Системы TN строятся с применением глухо заземленной «нейтрали» и подключением «нулевых» проводов (N) на заземляющий контур. Он делается рядом с понижающей трансформаторной подстанцией. В этой заземляющей схеме не применяется дугогасящий реактор. В ней есть подвиды, которые разделяются по способу включения «нулевого» провода N и PE.

Система TN-C заземляющего устройства

Описание схемы TN-C заземляющего устройства необходимо начинать расшифровкой буквенных значений, которые говорят о совмещении функциональных «нулевых» проводов с защитными проводами. Четырехпроводная схема подключения оборудования, системы заземления электроустановок являются примером реализации этого заземляющего устройства, когда три фазы и «ноль» приходят на объект подключения. Заземляющей шиной является приходящий «ноль», на него надо подключить через защитные провода все электропроводящие элементы корпуса оборудования, устройств и приборов, системы освещения.

Что такое заземляющая система TN-C:

Заземляющая система TN-C

При реализации этой заземляющей оборудование схемы есть существенный недостаток — отсутствие защитной функции, когда в процессе работы установки «нулевой» провод потеряет контакт с оборудованием (отгорит, сломается). В этом случае на токопроводящих частях корпуса появится опасное для здоровья человека напряжение. На практике в квартире при реализации этой заземляющей схемы розетки остаются без земли, все оборудование «зануляется».

В этой заземляющей системе при попадании фазы на корпус оборудования срабатывает защитное отключающее устройство, и возможность попадания человека под напряжение исключается быстрым отключением. Важно! Предохранители и автоматы должны иметь рассчитанные номиналы, чтобы работала схема (C и TN). Необходимо также обратить внимание на тот фактор, что в этой заземляющей системе нельзя применять дополнительный защитный контур во влажных помещениях дома, квартиры (ванная комната, санузел). По этой системе подключены все жилые дома советской постройки, уличное освещение.

Система TN-S

Тип заземления по схеме TN-S считается прогрессивным вариантом заземляющих устройств TN, это безопасный вид заземления в котором функциональный «ноль» отделен от защитного провода. Система применяется с начала 30-х годов ХХ века, дает высокую степень защиты по электрической безопасности для здоровья человека, но как недостаток имеет высокую стоимость реализации схемы заземления. Схемой TN-S заземляющего устройства предусматривается на понижающей трансформаторной подстанции разделять РЕ и N провода и подключать для трехфазного напряжения объекты по пяти проводам, а для однофазных объектов — по трем.

Заземляющее устройство TN-S:

Заземляющее устройство TN-S

В правилах ПУЭ обращается внимание, что этот вид заземляющего устройства рекомендуется к установке на важных объектах с применением электропитания, а также на объектах энергоснабжения, что дает высокую степень защиты по электрической безопасности. Широко эта система не применяется: большие траты на материалы, ориентированность российских электрических систем на четырехпроводную схему доставки энергии к потребителю.

Система TN-C-S

Типы систем заземления по схеме TN имеют широкое применение, и для того чтобы стала чаще применяться схема TN-S, которая по деньгам будет немного дороже TN-C – это система TN-C-S, которая позволяет с понижающего трансформатора подавать электроэнергию с применением комбинированного «нуля» (PEN) имеющее подключение к нейтрали глухозаземленной. В этой схеме при входе на объект электроснабжения провод разделяется на PE — защитная функция, и N — функциональный (рабочий) «ноль».

Система TN-C-S:

Система TN-C-S

Недостатком этой заземляющей схемы является возможность полной утраты защиты на территории трансформатора (источника), и, как следствие, — объект электроснабжения остается без защиты от поражения электрическим током. По этой причине правилами указываются проведение мероприятий на стороне источника электропитания для полной защиты провода (PEN) от механических повреждений.

Заземляющее устройство (ТТ)

Данная схема заземляющего устройства применяется для потребителей электроэнергии через воздушную линию. Когда нет возможности обеспечить надежность комбинированного «нуля», применяется схема TT, когда нейтраль источника «глухо» заземлена, передача энергии проводится в четыре провода с функциональным «нулем» и тремя фазами. На объекте электропотребления по этой системе предусматривается местное устройство заземления по действующим правилам, а все токоведущие элементы и корпуса оборудования через проводники подключаются к местной схеме заземления.

Схема (TT):

Схема (TT)

Широкое применение этого способа реализации заземляющего устройства получило коттеджное строительство, в загородных домах его применяют для обеспечения электробезопасности. В городах этой схемой пользуются для снабжения временных точек электроэнергией (открытая концертная площадка, торговые лотки). Обязательно при использовании этого заземляющего устройства применение оборудования защитного отключения, наличие громоотвода и грозовой защиты.

Заземляющая схема (IT)

В организации заземляющего устройства по схеме IT важным элементом является изолированная нейтраль на стороне источника энергоснабжения (I), а на стороне объекта, получающего энергию, должен быть заземляющий контур (Т).

Заземляющее устройство (IT):

Заземляющее устройство (IT)

По этой схеме объект потребления получает электроэнергию по минимально необходимым для передачи проводам, а все оборудование на стороне потребителя должно иметь заземление через провода на местное заземляющее устройство.

Вывод

Необходимо понимать, что все заземляющие системы имеют одно назначение — обеспечить защиту здоровья человека по электрической безопасности, из чего следует надежная работа всего оборудования. В задачу проектировщиков при выборе схем заземляющих устройств входит нахождение компромиссного варианта, при котором возможность появления на токоведущих частях оборудования напряжения становится минимально возможным.

Выбранная система должна защитить человека от напряжения быстрым отключением фазного провода от сети или возможностью снятия напряжения с корпуса оборудования.

Похожие статьи:

Виды заземлений — какие бывают? Системы и назначение конструкции

Заземление – это намеренное соединение определенной части оборудования или электрической цепи с грунтом. Чаще всего, для заземления используется один или несколько штырей из металла необходимой длины и диаметра, забитых в грунт и соединенных вместе.

Конструкцию соединяют с кабелем, подключенному к заземляемому устройству. Штыри и провод, металлическая полоса, связывающая их, место установки заземления, оговорено по правилам монтажа электрических установок.

Электроустановки подразделяются:

1. С напряжением более 1 кВ с эффективно или глухо заземленной нейтралью.
2. С напряжением более 1 кВ с заземленной через резистор или изолированной нейтралью.
3. С напряжением менее 1 кВ с глухо заземленной нейтралью.
4. С напряжением менее 1 кВ с изолированной нейтралью.

С учетом технических особенностей электросетей и электрической установки, для ее работы может быть необходима какая-либо токоотводящая конструкция. Обычно, до проектирования электрического устройства, определяют перечень требования, в которых указывают необходимую конструкцию.

Сейчас в мире используют единую систематизацию подобных устройств, в которую входят три системы:

1. Система IT.
2. Система TT.
3. Система TN.

Эта аббревиатура расшифровывается так:

• Символ I — изолированный.
• Символ N — подключено к нейтрали.
• Символ T — заземление.

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.

Положительные свойства этой системы:

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

Минусы этой системы:

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

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

Независимые заземлители

Система TT

В конструкции системы TT есть два заземлителя:

1. Для источника электротока.
2. Для незащищенных металлических элементов системы.

Положительным свойством этой конструкции является повышенная работоспособность нулевого провода на промежутке от оборудования до места подачи напряжения и независимость PE провода.

Сложность может появиться только с использованием собственного заземлителя, так как непросто подобрать для него подходящий диаметр. Но такой минус компенсируется с помощью системы защитного отключения.

Система с изолированным нейтральным проводом

Система IT

В большинстве случаев, в такой конструкции, нейтраль изолируют от земли, или создают необходимое зануление IT, используя устройство со значительным сопротивлением.

В домашних условиях, устройства такого типа не нашли применения, они практически не используются, но позволяют их применять для питания специальных устройств, для которых необходима безопасность и максимальная стабильность при работе, к примеру, в лабораториях и лечебных учреждениях.

Технологии заземляющих устройств

Есть несколько способов изготовления контура заземления.

Чаще всего, используют две из них:

1. Модульно-штыревое заземление.
2. Традиционное заземление.

Конструкция модульного заземления

Для ее устройства используют стержни, из покрытого медью качественного металла. Их вертикально забивают в грунт на глубину около 1 м, диаметр стержней 14 мм. По краям стержня нарезают по 30 мм резьбы и так же покрывают ее медью.

Металлические части конструкции соединяют вместе латунными муфтами. По горизонтали их соединяют стальными полосами с латунными зажимами или используют для этого комплект медного провода. Также, устраивают соединение контура заземления и щитка-распределителя. Для защиты элементов заземления от коррозии, в комплект входит защитная паста.

Традиционное заземление

Изготавливают такую систему из черного металла: полос, труб, уголка. На 3 м в грунт, с промежутком 5 м вбивают треугольником три металлических электрода. Далее, электроды соединяют в общий контур, используя металлическую полосу и электросварку.

Такое заземление имеет несколько отрицательных свойств (к примеру, трудоемкость создания контура и коррозия, разрушающая металл изделия), по этой причине, в наше время вместо нее стараются использовать более совершенный способ заземления.

Естественные заземляющие элементы

Чаще всего, их используют для заземления электрического оборудования. В качестве естественных заземлителей применяют металлические элементы различных ЖБ конструкций, к примеру, фундаменты подстанций и линий электропередач и фундаменты строений.

Дополнительно, для естественного заземления подключают части подземных коммуникаций, изготовленных из металла, к примеру, подходит броня кабелей и всевозможные трубопроводы, иногда допустимо подключать и наземные коммуникации, к примеру, подойдут для этой цели рельсовые пути.

Какие ЖБ изделия нельзя применять для заземления?

Не стоит подключать заземляющий провод к фундаментам, собранным из отдельных ЖБ элементов. Желательно связать прутья арматуры блоков, и только тогда допустимо подключать заземлитель. Иначе, лучше использовать искусственный заземлитель.

Для этого используют металлический проводник, вбитый вертикально или горизонтально в грунт. Иногда используют несколько таких проводников, связав их вместе. Важно, чтобы отдельные электроды контура, были вбиты на необходимую глубину.

Горизонтальный заземлитель желательно уложить на глубину 50 см, если грунт на участке легкий, то укладку электрода желательно производить на глубине 1 м. Важно то, что у горизонтальных проводников, сопротивление больше чем у вертикальных.

По этой причине, лучше использовать вертикальный заземлитель.

Толщина искусственных заземлителей:

1. Металлический прут — сечение 10 мм;
2. Оцинкованный металлический прут — сечение 6 мм;
3. Металлический уголок — толщина 4 мм, полка 75 мм;
4. Металлическая полоса — 4 мм;
5. Брак или БУ трубы — 3,5 мм толщина стенки;
6. Общее сечение проводников забиваемых в землю — 160 мм.

Заземление нейтрального проводника

В нашей стране, сети 6-35 кВ эксплуатируются с не глухо заземленной нейтралью. Использование таких сетей хорошо тем, что у них низкое значение токов замыкания на грунт, но при ОЗЗ, изготовленных из металла, в таких сетях повышается напряжение на целых фазах относительно земли до уровня линейного, что плохо в этом случае.

Коэффициент замыкания на грунт — отношение разницы потенциалов между землей и фазой при замыкании остальных фаз на землю к разнице между землей и фазой в сети.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Заземление. Что это такое и как его сделать (часть 1) / Habr

Мой рассказ будет состоять из трёх частей.

1 часть. Заземление
(общая информация, термины и определения)

2 часть. Традиционные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

3 часть. Современные способы строительства заземляющих устройств
(описание, расчёт, монтаж)

В первой части (теория) я опишу терминологию, основные виды заземления (назначение) и предъявляемые к заземлению требования.
Во второй части (практика) будет рассказ про традиционные решения, применяемые при строительстве заземляющих устройств, с перечислением достоинств и недостатков этих решений.
Третья часть (практика) в некотором смысле продолжит вторую. В ней будет содержаться описание новых технологий, используемых при строительстве заземляющих устройств. Как и во второй части, с перечислением достоинств и недостатков этих технологий.

Если читатель обладает теоретическими знаниями и интересуется только практической реализацией — ему лучше пропустить первую часть и начать чтение со второй части.

Если читатель обладает необходимыми знаниями и хочет познакомиться только с новинками — лучше пропустить первые две части и сразу перейти к чтению третьей.

Мой взгляд на описанные методы и решения в какой-то степени однобокий. Прошу читателя понимать, что я не выдвигаю свой материал за всеобъемлющий объективный труд и выражаю в нём свою точку зрения, свой опыт.

Некоторая часть текста является компромиссом между точностью и желанием объяснить “человеческим языком”, поэтому допущены упрощения, могущие “резать слух” технически подкованного читателя.

---

1 часть. Заземление

В этой части я расскажу о терминологии, об основных видах заземления и о качественных характеристиках заземляющих устройств.

А. Термины и определения
Б. Назначение (виды) заземления

Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Б2. Защитное заземление

Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты
Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)
Б2.3. Заземление в составе электросети

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом
В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

В2. Существующие нормы сопротивления заземления
В3. Расчёт сопротивления заземления

А. Термины и определения

Чтобы избежать путаницы и непонимания в дальнейшем рассказе — начну с этого пункта.
Я приведу установленные определения из действующего документа “Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ)” в последней редакции (глава 1.7 в редакции седьмого издания).

И попытаюсь “перевести” эти определения на “простой” язык.

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).

Грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток. Также он являться некоторой “общей” точкой в электросхеме, относительно которой воспринимается сигнал.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя/ заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19).

Это устройство/ схема, состоящее из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего этот заземлитель с заземляемой частью сети, электроустановки или оборудования. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.

На рисунке оно показано толстыми красными линиями:

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).

Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент/ электрод любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро 🙂 и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.
Конфигурация заземлителя (количество, длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий/ “стекающий” от электроустановки через эти электроды.

На рисунке он показан толстыми красными линиями:

Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).

Сопротивление заземления — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом.
Сопротивление заземления зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом (“стекание” тока) и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель (“впитывание” тока).

Заземляющий электрод (электрод заземлителя) — проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с локальной землей (ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21)

Повторюсь: в качестве проводящей части может выступать металлический (токопроводящий) элемент любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро 🙂 и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.

На рисунке они показаны толстыми красными линиями:

Далее определения, не встречающиеся или не описанные достаточно точно в стандартах и нормах, поэтому имеющие только мое описание.

Контур заземления — “народное” название заземлителя или заземляющего устройства, состоящего из нескольких заземляющих электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру/ контуру.

На рисунке объект обозначен серым квадратом в центре,
а контур заземления — толстыми красными линиями:

Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода.
Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности
прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Б. Назначение (виды) заземления

Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — на рабочее (функциональное) и защитное. Также в различных источниках приводятся дополнительные виды, такие как: “инструментальное”, “измерительное”, “контрольное”, “радио”.

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ 1.7.30).

Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или оборудования, т.е. для их работы в ОБЫЧНОМ режиме.

Б2. Защитное заземление

Это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29).

Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в АВАРИЙНОМ режиме) и при разрядах молний.
Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования.

Подробнее защитное назначение заземления можно рассмотреть на двух примерах:

• в составе внешней молниезащитной системы в виде заземленного молниеприёмника
• в составе системы защиты от импульсного перенапряжения
• в составе электросети объекта

Б2.1. Заземление в составе молниезащиты

Молния — это разряд или другими словами «пробой», возникающий ОТ облака К земле, при накоплении в облаке заряда критической величины (относительно земли). Примерами этого явления в меньших масштабах является “пробой” (wiki) в конденсаторе и газовый разряд (wiki) в лампе.

Воздух — это среда с очень большим сопротивлением (диэлектрик), но разряд преодолевает его, т.к. обладает большой мощностью. Путь разряда проходит по участкам наименьшего сопротивления, таким как капли воды в воздухе и деревья. Этим объясняется корнеобразная структура молнии в воздухе и частое попадание молнии в деревья и здания (они имеют меньшее сопротивление, чем воздух в этом промежутке).
При попадании в крышу здания, молния продолжает свой путь к земле, также выбирая участки с наименьшим сопротивлением: мокрые стены, провода, трубы, электроприборы — таким образом представляя опасность для человека и оборудования, находящихся в этом здании.

Молниезащита предназначена для отвода разряда молнии от защищаемого здания/ объекта. Разряд молнии, идущий по пути наименьшего сопротивления попадает в металлический молниеприёмник над объектом, затем по металлическим молниеотводам, расположенным снаружи объекта (например, на стенах), спускается до грунта, где и расходится в нём (напоминаю: грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток).

Для того, чтобы сделать молниезащиту «привлекательной» для молнии, а также для исключения распространения молниевых токов от деталей молниезащиты (приёмник и отводы) внутрь объекта, её соединение с грунтом производится через заземлитель, имеющий низкое сопротивление заземления.

Заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает полный и быстрый переход молниевых токов в грунт, не допуская их распространение по объекту.

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)

УЗИП предназначено для защиты электронного оборудования от заряда, накопленного на каком-либо участке линии/сети в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП), наведенного от рядом стоящей мощной электроустановки (или высоковольтной линии) или ЭМП, возникшего при близком (до сотен метров) разряде молнии.

Ярким примером этого явления является накопление заряда на медном кабеле домовой сети или на “пробросе” между зданиями во время грозы. В какой-то момент приборы, подключенные к этому кабелю (сетевая карта компьютера или порт коммутатора), не выдерживают «размера» накопившегося заряда и происходит электрический пробой внутри этого прибора, разрушающий его (упрощенно).
Для “стравливания” накопившегося заряда параллельно “нагрузке” на линию перед оборудованием ставит УЗИП.

Классический УЗИП представляет собой газовый разрядник (wiki), рассчитанный на определенный «порог» заряда, который меньше “запаса прочности” защищаемого оборудования. Один из электродов этого разрядника заземляется, а другой — подключается к одному из проводов линии/ кабеля.

При достижении этого порога внутри разрядника возникает разряд 🙂 между электродами. В результате чего накопленный заряд сбрасывается в грунт (через заземление).

Как и в молниезащите — заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает своевременное и гарантированное возникновение разряда в УЗИПе, не допуская превышение заряда на линии выше безопасного для защищаемого оборудования уровня.

Б2.3. Заземление в составе электросети

Третий пример защитной роли заземления — это обеспечение безопасности человека и электрооборудования при поломках/ авариях.

Проще всего такая поломка описывается замыканием фазного провода электросети на корпус прибора (замыкание в блоке питания или замыкание в водонагревателе через водную среду). Человек, коснувшийся такого прибора, создаст дополнительную электрическую цепь, через которую побежит ток, вызывающий в теле повреждения внутренних органов — прежде всего нервной системы и сердца.

Для устранения таких последствий используется соединение корпусов с заземлителем (для отвода аварийных токов в грунт) и защитные автоматические устройства, за доли секунды отключающие ток при аварийной ситуации.

Например, заземление всех корпусов, шкафов и стоек телекоммуникационного оборудования.

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

Для корректного выполнения заземлением своих функций оно должно иметь определенные параметры/ характеристики. Одним из главных свойств, определяющих качество заземления, является сопротивление растеканию тока (сопротивление заземления), определяющее способность заземлителя (заземляющих электродов) передавать токи, поступающие на него от оборудования в грунт.
Это сопротивление имеет конечные значения и в идеальном случае представляет собой нулевую величину, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» токов (это гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение грунтом).

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

Сопротивление в основном зависит от двух условий:

• площадь ( S ) электрического контакта заземлителя с грунтом
• электрическое сопротивление ( R ) самого грунта, в котором находятся электроды

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.

Чем больше будет площадь соприкосновения заземлителя с грунтом, тем больше площадь для перехода тока от этого заземлителя в грунт (тем более благоприятные условия создаются для перехода тока в грунт). Это можно сравнить с поведением автомобильного колеса на повороте. Узкая покрышка имеет небольшую площадь контакта с асфальтом и легко может начать скользить по нему, “отправив” автомобиль в занос. Широкая покрышка, да еще и немного спущенная, имеет много бОльшую площадь контакта с асфальтом, обеспечивая надежное сцепление с ним и, следовательно, надежный контроль за движением.(Пример оказался неграмотным. Спасибо SVlad — комментарий: habrahabr.ru/post/144464/#comment_4854521)

Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив количество электродов, соединив их вместе (сложив площади нескольких электродов), либо увеличив размер электродов. При применении вертикальных заземляющих электродов последний способ очень эффективен, если глубинные слои грунта имеют более низкое электрическое сопротивление, чем верхние.

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

Напомню: это величина, определяющая — как хорошо грунт проводит ток через себя. Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/ легче он будет “впитывать” в себя ток от заземлителя.

Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока — морская вода.
Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.

(Если интересно, можно посмотреть таблицу величин удельного сопротивления грунтов, используемых в расчётах заземляющих устройств).

Возвращаясь к первому фактору и способу уменьшения сопротивления заземления в виде увеличения глубины электрода можно сказать, что на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности. Часто встречаются грунтовые воды, которые обеспечивают грунту очень низкое сопротивление. Заземление в таких случаях получается очень качественным и надежным.

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

Так как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.

Для ориентирования приведу следующие значения:

• для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
• при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
• для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
• у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
• у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8)
• для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт:
  
  • при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ 1.7.103)
  • при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100 мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ 1.7.59)

В3. Расчёт сопротивления заземления

Для успешного проектирования заземляющего устройства, имеющего необходимое сопротивление заземления, применяются, как правило, типовые конфигурации заземлителя и базовые формулы для расчётов.

Конфигурация заземлителя обычно выбирается инженером на основании его опыта и возможности её (конфигурации) применения на конкретном объекте.

Выбор формул расчёта зависит от выбранной конфигурации заземлителя.
Сами формулы содержат в себе параметры этой конфигурации (например, количество заземляющих электродов, их длину, толщину) и параметры грунта конкретного объекта, где будет размещаться заземлитель. Например, для одиночного вертикального электрода эта формула будет такой:

Точность расчёта обычно невысока и зависит опять же от грунта — на практике расхождения практических результатов встречается в почти 100% случаев. Это происходит из-за его (грунта) большой неоднородности: он изменяется не только по глубине, но и по площади — образуя трёхмерную структуру. Имеющиеся формулы расчёта параметров заземления с трудом справляются с одномерной неоднородностью грунта, а расчёт в трёхмерной структуре сопряжен с огромными вычислительными мощностями и требует крайне высокую подготовку оператора.
Кроме того, для создания точной карты грунта необходимо произвести большой объем геологических работ (например, для площади 10*10 метров необходимо сделать и проанализировать около 100 шурфов длиной до 10 метров), что вызывает значительное увеличение стоимости проекта и чаще всего не возможно.

В свете вышесказанного почти всегда расчёт является обязательной, но ориентировочной мерой и обычно ведётся по принципу достижения сопротивления заземления “не более, чем”. В формулы подставляются усредненные значения удельного сопротивления грунта, либо их наибольшие величины. Это обеспечивает “запас прочности” и на практике выражается в заведомо более низких (ниже — значит лучше) значениях сопротивления заземления, чем ожидалось при проектировании.

Строительство заземлителей

При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления.

В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Подробнее о строительстве — в следующих частях.

Продолжение:

---

Алексей Рожанков, специалист технического центра «ZANDZ.ru»

При подготовке данной части использовались следующие материалы:

• Публикации на сайте “Заземление на ZANDZ.ru”
• Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ), часть 1.7 в редакции седьмого издания (гуглить)
• ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96)
  Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации (гуглить)
• Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 (гуглить)
• Собственный опыт и знания