электрическое поле земли понятие заземления

Какую функцию выполняет заземление: для чего оно предназначено что собой представляет заземляющее устройство

dlya chego nuzhno zazemlenie

Каждому пользователю электрооборудования необходимо знать, для чего нужно заземление и как оно устроено. Это станет стимулом к регулярной проверке работоспособности данной системы и обеспечению защиты от удара током. В многоквартирных домах без заземления следует применять другие меры безопасности.

dlya chego nuzhno zazemlenie1

Причины, по которым бьет током

Особенно опасны приборы, работающие с водой: бойлеры, стиральные и посудомоечные машины, пр. Влага хорошо проводит электричество.

Если она вступает в контакт с токоведущим элементом, например спиралью ТЭНа при разгерметизации его трубки, то под напряжение попадают не только корпус, но и коммуникации вместе с текущей по ним водой.

Общее понятие заземления

Под заземлением (Pe от protection earth) понимают преднамеренное подключение электроустановок или их частей к проводнику, заглубленному в грунт. Чтобы система выполняла свои функции, она должна иметь низкое сопротивление.

Предназначение

Грунт способен впитывать электрический заряд подобно конденсатору с бесконечной емкостью. Это свойство используют для решения ряда задач.

Заземление обеспечивает наличие электрического контакта между электроустановкой и грунтом.

Области применения

По способу использования заземление делится на 2 вида:

Вторая разновидность вступает в действие в аварийных ситуациях, когда фаза замыкается на нетоковедущие металлические части электроустановки. Далее речь пойдет только об этом типе заземления.

Принцип работы

Человека, прикоснувшегося к корпусу под напряжением, и систему заземления схематически можно представить как 2 параллельные ветви, подключенные к точке с высоким потенциалом. Из законов Ома и Кирхгофа вытекает следующее соотношение протекающих в них токов и сопротивлений:

Говоря простыми словами, электрический заряд течет по пути наименьшего сопротивления. Чем ниже резистивность контура Pe, тем слабее ток в теле человека.

Максимально допустимые значения сопротивления для защитного заземления установлены ПУЭ:

Потребитель Резистивность, Ом
Домашняя электросеть с суммарной мощностью одновременно работающих приборов до 100 кВА 10
То же свыше 100 кВА 4
Телекоммуникационные системы 2
Серверное оборудование 1

Основные виды заземления

Конструкция, обеспечивающая контакт с грунтом, может иметь разное назначение. В зависимости от этого заземление делят на 2 вида.

Естественное

Такие системы используют в качестве Pe-контура уже существующие металлоконструкции, врытые в грунт.

Естественное заземление предпочтительно, т.к. позволяет снизить затраты на устройство системы.

Искусственное

В такой системе используют Pe-контур, специально изготовленный для сброса заряда в грунт. К этому варианту прибегают в ситуациях, когда естественное заземление отсутствует или у него высокое сопротивление растеканию тока.

Устройство контура заземления

В состав системы входят такие компоненты:

В производственных зданиях в качестве общей шины часто используют контур, проложенный внутри помещений по периметру.

Заземляющий электрод

Самый простой электрод – вбитый в землю стальной прут, труба или уголок. Для снижения сопротивления растеканию заряда заземлитель формируют из нескольких таких элементов, соединяя их горизонтальными перемычками.

Описанный вариант недолговечен, т.к. металлопрокат корродирует, а ржавчина имеет высокую резистивность.

Более длительным ресурсом обладают электроды с защитным покрытием:

Второй вариант дороже, но эффективнее, т.к. обладает низким сопротивлением.

Работоспособность системы зависит не только от резистивности заземлителя, но и от проводимости грунта. На нее влияют такие факторы:

С увеличением глубины резистивность грунта резко снижается. Поэтому широкое распространение получили сборные (модульные) электроды, погружаемые на десятки метров. Изделие состоит из секций с резьбой или иным соединительным элементом.

Первую из них оснащают заостренным наконечником и вбивают в грунт, пока на поверхности не останется только хвостовик. Затем навинчивают или приваривают следующую секцию и продолжают заколачивание.

Защита заземления

Наружные элементы Pe-системы нуждаются в защите от коррозии, т.к. она приводит к негативным результатам:

Заглубляемую часть электродов защищают покрытием из цинка или меди либо помещают в бетон. Стыки перед обратной засыпкой грунта обматывают смоляной лентой.

Наземную часть обмазывают битумом. Его заливают и внутрь электрода, если в этом качестве используется труба.

Некоторые материалы несовместимы, т.к. дают в зоне контакта гальваническую коррозию. С учетом этого запрещено размещать медные заземлители рядом со стальными, в т.ч. арматурой фундаментов.

Виды контуров заземления

Существует 2 схемы расположения стержней в многоэлектродных заземлителях. У каждой есть свои достоинства и недостатки.

Треугольник

В этом варианте вертикальные электроды помещают в вершинах равностороннего треугольника. Минимальное расстояние между ними составляет 1,2 м, оптимальное – равно длине стержней.

Если установить электроды ближе 1,2 м, они будут влиять друг на друга, увеличивая сопротивление растеканию.

Преимущества треугольной схемы:

treugolnik(3)

Линейный контур

В этом варианте электроды расставляют по прямой. Такой контур лишен преимуществ треугольного, но зато его можно нарастить.

Линейными заземлителями оснащают объекты, где в скором времени ожидается расширение сети с увеличением потребляемой мощности.

Схемы заземления

В распределительных сетях применяют несколько Pe-схем. Их обозначают буквенным шифром, первая литера которого соответствует способу заземления источника тока, т.е. трансформатора или генератора, вторая – потребителя. Далее через тире указывают способ их соединения.

Система TN-C

В этом варианте заземлен только трансформатор на подстанции (Т). На стороне потребителя имеется нейтраль (N), причем защитный проводник с ней объединен (C). Заземляющий контакт подключать не к чему, возможно только зануление.

Единственное преимущество системы TN-C – малая стоимость, что объясняется использованиям 2- и 4-жильных кабелей.

Недостаток – низкий уровень безопасности.

Для защиты потребителей применяют УЗО (выключатель дифференциального тока).

Схема TN-C действует только в старом жилом фонде времен СССР, подключение новых объектов таким способом теперь запрещено.

Система TN-C-S

Представляет собой улучшенный вариант устаревшей TN-C. На вводе в здание от нейтрали ответвляют защитный проводник (S), к которому подключают заземляющий контакт розеток и электроприборов.

По сравнению с TN-C эта система более безопасна, при этом ее удорожание незначительно.

Недостаток: при повреждении нулевой жилы на участке от подстанции до ввода в здание все заземленные элементы окажутся под напряжением. Для предотвращения этого применяют специальные меры.

Система TN-S

Наиболее безопасный, но и самый дорогой вариант. Нейтраль разделена на нулевой и защитный проводники на подстанции, поэтому для электроснабжения используют 3- или 5-жильные кабели. Зато при повреждении линии на участке подстанция-здание заземленные элементы установок не окажутся под напряжением.

Система TT

В сельской местности, где применяют воздушные линии электропередач, невозможно обеспечить безопасность участка подстанция-потребитель. Поэтому реализация схемы TN-C-S затруднена.

Здесь применяют вариант TT, который предполагает устройство на стороне потребителя местного заземлителя. К нему подключают защитный проводник, связанный с заземляющим контактом розеток и приборов.

В городских условиях систему TT применяют для электрификации временных коммерческих объектов – ларьков, парикмахерских и т.п.

Выполнение расчетов

На этапе проектирования заземлителя нужно так подобрать его параметры, чтобы сопротивление устройства оказалось в допустимых пределах. Для этого выполняют серию расчетов.

Сопротивление грунта

Сопротивление растеканию заряда для одиночного стержня рассчитывают по формуле:

Если электрод помещен в разнородный грунт (2-слойный), сопротивление вычисляют по формуле:

Pэкв = (Ψ*P1*P2*L)/( P1(L – H + tг) + P2(H – tг)), где

Размеры и расстояния для заземляющих электродов

Минимальная длина стержня составляет 2,5 м. При соблюдении этого условия основание электрода с гарантией 100% окажется ниже отметки промерзания грунта, где круглый год сохраняется приемлемое сопротивление растеканию заряда.

Методика расчета количества стержней зависит от того, из чего состоит заземлитель.

Если только из вертикальных электродов – применяют формулу:

Rн – рекомендуемое нормами сопротивление растеканию.

Если в конструкции есть горизонтальные элементы, число стержней равно:

ηв – коэффициент использования заземлителя, учитывающий взаимное влияние электродов друг на друга.

В линейной конструкции оно выше, поэтому результат вычислений округляют в большую сторону.

Нормы и требования

Согласно ПУЭ, в качестве электродов можно применять:

Такие размеры приняты с целью обеспечения долговечности стержней в пределах 5-10 лет.

Глубина забивания штырей

Согласно ПУЭ (глава 1.7.) минимальная глубина погружения стержня составляет 0,7 м. Полосу, соединяющую вертикальные заземлители, ставят на ребро.

Заземление и молниезащита

ПУЭ предписывает соединять контуры защитного заземления электроустановок и молниезащиты второй и третьей категорий, т.е. всех объектов, кроме взрывоопасных. Связь выполняют не менее, чем 2 проводниками (ПУЭ, п. 1.7.55).

Если контуры останутся разъединенными, в момент удара молнии может произойти пробой между громоотводом и домашней электросетью. Это приведет к выходу из строя электроники, пожару или разрушению некоторых элементов, в т.ч. пластмассовых водопроводных труб.

Монтаж контура заземления

ПУЭ и другие нормативы регламентируют и порядок монтажа электродов. При соблюдении правил заземлитель прослужит положенный срок.

Земляные работы

На месте монтажа роют яму глубиной 0,7 м. Часто в целях экономии используют траншею, вырытую для прокладки кабеля от ЛЭП к дому.

Установка конструкции

Дальше действуют в такой последовательности:

Если провод не имеет изоляции, его обматывают смоляной лентой на 300 мм ниже поверхности земли и на 200 выше.

Стержни погружают в грунт забивкой, вдавливанием или ввертыванием (круглого сечения). Используют копер или установку ПЗД-12.

Перед ввертыванием к стержню приваривают наконечник-заборник в виде винтообразно закрученной полосы.

После монтажа конструкции оформляют акт на скрытые работы со схематическим чертежом, показывающим привязку электродов к видимым стационарным ориентирам на поверхности.

Ustanovka konstruktsii

Ввод в дом

Заземляющие проводники вводят в дом не менее, чем в 2 местах. Вдоль стен их прокладывают на высоте 0,4-0,6 м от пола, от других поверхностей отступают 50-100 см. Шаг крепежных элементов – 0,6-1 м.

Прилегание к стене допускается только в сухих помещениях и в условиях отсутствия химически активной среды. В остальных случаях используют опоры, обеспечивающие наличие зазора между проводником и конструкцией.

Проверка и контроль

Даже самые сложные методики расчета сопротивления растеканию не способны учесть всех факторов и точно предсказать его значение. Поэтому после устройства системы ее резистивность проверяют специальными омметрами с низким входным сопротивлением, например М-416 или Ф-4103.

Эти работы выполняет лицензированная организация, по их результатам составляют акт. Он является основанием для ввода системы в эксплуатацию. Со временем сопротивление растеканию может вырасти.

Поэтому нужно периодически приглашать специалистов для замера резистивности контура. Для частного дома рекомендуемый временной интервал составляет 3 года.

Соблюдение техники безопасности

Перед проведением любых работ на заземляющем устройстве нужно сделать одно из двух:

Перед выполнением работ в электрощите дом тоже нужно обесточить. Выключив автомат, убедитесь в отсутствии напряжения с помощью указателя фазы (индикаторной отвертки).

Разница между заземлением и занулением

Термин «зануление» означает подключение нетоковедущей части установки к рабочему нулю. Если она окажется под напряжением, произойдет короткое замыкание и в автомате сработает электромагнитный расцепитель. Участок сети мгновенно будет обесточен.

Недостаток данного способа защиты состоит в том, что при повреждении (обрыве) нуля выше точки подключения защитного проводника все зануленные элементы окажутся под напряжением. Чем дальше эта точка от потребителя, т.е. чем ближе она к подстанции, тем ниже вероятность аварии и, соответственно, тем безопаснее система.

Формально TN-C-S и TN-S являются занулением.

Но во втором случае точка подключения защитного проводника к нейтрали находится на подстанции, что практически исключает обрыв нуля выше ее. Полноценное заземление потребителей реализовано только в системах TT и IT (с изолированной нейтралью).

Источник

Заземление: теория и практика

Итак, для чего же заземление все-таки нужно? Компьютер без него вполне работоспособен и, как правило, с успехом выполняет возложенные на него пользователем задачи. В общем и целом все так. Но… есть ряд небольших нюансов.

1

Помехи

Защита от электромагнитного излучения

В смысле того излучения, которое оказывает вредное влияние на организм человека. Фирмы-производители постоянно борются за снижение электромагнитного излучения. Приходится им бороться — постоянно ужесточаются стандарты и требования. В общем, частоты растут, а уровень излучения должен снижаться. Так вот, все эти мероприятия практически сводятся к нулю в результате неправильного подключения аппаратуры.

Теперь попробуем разобраться, какие требования предъявляются к электрической сети в общем, и к заземлению в частности.

Согласно этой классификации квартиры попадают в категорию помещений с повышенной опасностью. Но при этом, в ПУЭ до 1999 года они относятся к так называемым жилым помещениям где, оказывается, нет необходимости в заземлении (занулении). И только в седьмом издании ПУЭ (утверждено 06.10.1999) эта позиция была пересмотрена. Более того: были введены требования, которые уже давно применяются в, скажем так, передовых странах.

Ниже будут приведены некоторые пункты правил, касающиеся заземления, но вначале хотелось бы остановиться на некоторых понятиях.

Электрические сети делятся на сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью. В наше стране для питания жилых помещений, как правило, используются сети с глухозаземленной нейтралью (заземлена средняя точка генератора), поэтому корректнее говорить не «заземление», а «защитное зануление» (РЕ).Фазное напряжение Напряжение между фазным (L) и рабочим нулевым (N) проводниками. Для сети 380/220 В — 220 В.Линейное напряжение Напряжение между двумя фазными (L) проводниками. Для сети 380/220 В — 380 В.Рабочий ноль (N) Проводник, обеспечивающий вместе с фазным проводником питание потребителя.УЗО — устройство защитного отключенияПринцип работы устройства основан на правиле Кирхгофа (сумма токов равна нулю). Устройство отслеживает токи утечки, возникающие при прикосновении человека к токоведущему проводу, повреждении изоляции и т. п. Наиболее распространены УЗО с током отсечки 10 мА, 30 мА и 300 мА. При этом в жилых и общественных помещениях, как правило, применяются УЗО с током отсечки 30 мА. Основная задача УЗО — защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара.

Выдержки из ПУЭ

При питании однофазных потребителей от многофазной питающей сети ответвлениями от воздушных линий, когда PEN проводник воздушной линии является общим для групп однофазных потребителей, питающихся от разных фаз, рекомендуется предусматривать защитное отключение потребителей при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN проводника. Отключение должно производиться при вводе в здание, например воздействием на независимый расцепитель вводного автоматического выключателя посредством реле максимального напряжения, при этом должны отключаться как фазный (L), так и нулевой рабочий (N) проводники.

При выборе аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе, предпочтение, при прочих равных условиях, должно отдаваться аппаратам и приборам, сохраняющим работоспособность при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN или N проводника, при этом их коммутационные и другие рабочие характеристики могут не выполняться.

Во всех случаях в цепях PE и PEN проводников запрещается иметь коммутирующие контактные и бесконтактные элементы.

Допускаются соединения, которые могут быть разобраны при помощи инструмента, а также специально предназначенные для этих целей соединители.

В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами².

В жилых зданиях сечения медных проводников должны соответствовать расчетным значениям, но быть не менее указанных в таблице:

Наименование линий Наименьшее сечение кабелей и проводов с медными жилами, мм²
Линии групповых сетей 1,5
Линии от этажных до квартирных щитков и к расчетному счетчику 2,5
Линии распределительной сети (стояки) для питания квартир 4

Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего назначения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (фазный — L, нулевой рабочий — N и нулевой защитный — РЕ проводники).

Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий.

Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать на щитках под общий контактный зажим.

Сечения проводников должны отвечать требованиям п. 7.1.45.

Выбор сечения проводников следует проводить согласно требованиям глав ПУЭ.

Однофазные двух- и трехпроводные линии, а также трехфазные четырех и пятипроводные линии при питании однофазных нагрузок, должны иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазных проводников.

Трехфазные четырех- и пятипроводные линии при питании трехфазных симметричных нагрузок должные иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазные проводников, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм² по меди и 25 мм² по алюминию, а при больших сечениях — не менее 50% сечения фазных проводников.

Сечение РЕN проводников должно быть не менее сечения N проводников и не менее 10 мм² по меди и 16 мм² по алюминию независимо от сечения фазных проводников.

Сечение PE проводников должно равняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм², 16 мм² при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм² и 50% сечения фазных проводников при больших сечениях.

Сечение PE проводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм² — при наличии механической защиты и 4 мм² — при ее отсутствии.

В зданиях при трехпроводной сети (см. п. 7.1.36) должны устанавливаться штепсельные розетки на ток не менее 10 А с защитным контактом.

Штепсельные розетки, устанавливаемые в квартирах, жилых комнатах общежитий, а также в помещениях для пребывания детей в детских учреждениях (садах, яслях, школах и т.п.) должны иметь защитные устройство, автоматически закрывающие гнезда штепсельной розетки при вынутой вилке.

Во всех помещениях необходимо присоединять открытые проводящие части светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых кондиционеров, электрополотенец и т. п.) к нулевому защитному проводнику.

В помещениях зданий металлические корпуса однофазных переносных электроприборов и настольных средств оргтехники класса I по ГОСТ 12.2.007.0.-75 «ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности» должны присоединяться к защитным проводникам трехпроводной групповой линии (см. п. 7.1.36).

К защитным проводникам должны подсоединяться металлические каркасы перегородок, дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.

Если устройство защиты от сверхтока (автоматический выключатель, предохранитель) не обеспечивает время автоматического отключения 0.4 с при номинальном напряжении 220 В из-за низких значений токов короткого замыкания и установка (квартира) не охвачена системой уравнивания потенциалов, установка УЗО является обязательной.

В зоне УЗО нулевой рабочий проводник не должен иметь соединений с заземленными элементами и нулевым защитным проводником.

Во всех случаях применении УЗО должно обеспечить надежную коммутацию цепей нагрузки с учетом возможных перегрузок.

Рекомендуется использовать УЗО, представляющее собой единый аппарат с автоматическим выключателем, обеспечивающим защиту от сверхтока.

Не допускается использовать УЗО в групповых линиях, не имеющих защиты от сверхтока, без дополнительного аппарата, обеспечивающего эту защиту.

При использовании УЗО, не имеющих защиты от сверхтока, необходима их расчетная проверка в режимах сверхтока с учетом защитных характеристик вышестоящего аппарата, обеспечивающего защиту от сверхтока.

В жилых зданиях не допускается применять УЗО автоматически отключающие потребителя от сети при исчезновении или недопустимом падении напряжения сети. При этом УЗО должно сохранять работоспособность на время не менее 5 с при снижении напряжения до 50% номинального.

В зданиях могут применяться УЗО типа «А», реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или «АС», реагирующие только на переменные токи утечки.

Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др.

7.1. 79.

В групповых сетях, питающих штепсельные розетки, следует применять УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА. Допускается присоединение у одному УЗО нескольких групповых линий через отдельные автоматические выключатели (предохранители).

Установка УЗО в линиях, питающих стационарное оборудование и светильники, а также в общих осветительных сетях, как правило, не требуется.

В жилых зданиях УЗО рекомендуется устанавливать не квартирных щитках, допускается их установка на этажных щитках.

Установка УЗО запрещается для электроприемников, отключение которых может привести к ситуациям, опасным для потребителей (отключению пожарной сигнализации и т.п.).

Обязательной является установка УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА для групповых лини, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений и в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью, например, в зоне 3 ванных и душевых помещений квартир и номеров гостиниц.

Если УЗО предназначено для защиты от поражения электрическим током и возгорания или только для защиты от возгорания, то оно должно отключать как фазный, так и нулевой рабочие проводники, защита от сверхтока в нулевом рабочем проводнике не требуется.

Желательно также отследить отходящие концы от распределительного щитка на вашу квартиру. Как правило, заводится группа на освещение (L+N), группа на розетки (L+N+PE), группа на электроплиту (L+N+PE). То есть на розетки у вас должны отходить 3 конца, причем N и PE, согласно ПУЭ, не должны заводиться под один болт.

Ниже будет рассмотрен вариант самостоятельного подключения защитного нуля.

ВНИМАНИЕ! Работы в распределительном устройстве могут вестись только лицами из электротехнического персонала обслуживающего предприятия с группой допуска по электробезопасности не ниже III.

Категорически не рекомендую при отсутствии опыта заниматься прокладкой защитного зануления в организации, где на розетки заводятся все три фазы: при использовании одного рабочего нуля и случайном повреждении или ослаблении его во время монтажных работ, вы получаете две фазы на входе аппаратуры. Могу только сказать, что при таком раскладе перегорают (плавятся) даже варисторы сетевых фильтров.

Для домашней сети вам понадобится медный провод соответствующей длины и сечением не менее 1,5 мм² (чем больше, тем лучше — я, например, использовал провод сечением 4 мм²) и, конечно, розетка с заземляющим контактом. Короб, плинтус, скоба — дело эстетики. Один конец провода заводится под свободный болт шины распределительного щита, соединенной с корпусом щита, а второй — на заземляющий контакт розетки. Не допускается заводить под один болт N и РЕ проводники. При наличии в щите УЗО РЕ проводник не должен учитываться (болтить именно на корпус щита) и не должен нигде на линии иметь контакта с N проводником (в противном случае будет срабатывать УЗО).

К вопросу о заземлении на батарею (водопровод) — не советую. Теоретически должна быть где-то в подвале система выравнивания потенциалов (собственно трубы, проложенные в земле, это естественный заземлитель), фактически же на батарее может вдруг появиться потенциал, отличный от нуля. К примеру, сосед ваш сверху использует ее в качестве рабочего нуля по причине отгорания проводника в штробе.

И еще один момент, касающийся монтажа. Сеть в квартирах пока выполняется алюминиевым проводом. При необходимости нарастить концы (например для переноса розетки) и использовании медного провода, никогда не скручивайте медь с алюминием — возникает гальваническая пара, металл в месте контакта активно разрушается, переходное сопротивление растет, возникает подгорание, что, в конце концов, может привести к пожару. Медный и алюминиевый проводники соединяются между собой либо через переходную колодку, либо через переходные шайбы. Допускается использовать в качестве переходника стальные шайбы.

Источник

Adblock
detector