Защитное заземление – устройство, принцип действия, виды, расчет и схемы

Защитное заземление – устройство, принцип действия, виды, расчет и схемы

Устройство, принцип работы и схемы защитного заземления

Вне зависимости от функциональных свойств электрифицированное здание должно иметь хорошо организованную систему защитной электробезопасности. Защитное заземление позволяет создать такую ​​систему.

Этот тип заземления характеризуется соединением определенных элементов установки с PE (заземляющим устройством) и направлен на снижение величины контактных и импульсных напряжений, возникающих при циркуляции токов по корпусам электрических устройств.

Назначение и устройство защитного заземления

Этот вид заземления устанавливается для защиты человека от поражения электрическим током в случае короткого замыкания по разным причинам. Наиболее частой причиной поражения электрическим током является короткое замыкание фазы на непроводящие части электроустановки.

Согласно материалам ПУЭ (глава 1.7) в зависимости от выполняемой функции различают два типа заземления: рабочее (функциональное) заземление и защитное заземление.

Функциональный тип чаще всего используется для защиты производственных помещений. Благодаря рабочему заземлению обеспечивается безопасная работа установочных устройств. Эффективность как рабочего, так и защитного оборудования зависит от правильного выбора конфигурации элементов заземления и правильного выполнения электромонтажа.

Основным элементом системы является контур заземления. Он состоит из металлических заземляющих элементов (электродов). Функциональность всей системы зависит от способности этих заземляющих электродов рассеивать ток. При установке заземлителей необходимо учитывать множество факторов, которые напрямую влияют на ключевой параметр производительности заземляющих электродов – величину их сопротивления.

Помните это! При создании заземляющего устройства в доме или квартире важный момент – характеристики внутренней электроустановки объекта. Кабель должен быть трехжильным, фазным, нулевым и заземляющим.

Установка защитного заземления требуется практически везде.

Заземляющая система: область применения и принцип работы

При правильной установке системы защиты от заземления необходимо соблюдать следующие правила эксплуатации:

Формирование электрической цепи с низким сопротивлением в случае короткого замыкания. Электрический ток будет плавно течь по этой цепи. Обеспечивается электробезопасность пользователя. Если во время обрыва фазы человек случайно прикоснется к бытовому прибору, потенциально опасное напряжение не появится на корпусе прибора. Обеспечивает защиту от индуктивных токов. Эти типы токов могут быть вызваны прямыми ударами молнии, электромагнитной и электростатической индукцией.

Из-за важности вышеупомянутых системных принципов защитное заземление обычно используется в:

Электросистема напряжением менее 1 кВт:

    Переменным током трех трехфазных жил с нейтральной изоляцией; переменным током двух однофазных проводов, изолированных от земли; при постоянном токе двух проводников при наличии изоляции обмотки источника тока.

Электрические сети напряжением более 1кВт. Возможен любой режим работы точек обмотки постоянного и переменного тока.

Помнить! Функциональность системы защиты будет актуальной только при наличии в сети изолированной нейтральной точки.

Заземление – сложная система. Все шаги в системе взаимосвязаны и влияют на надежность ее последующей работы. Важнейшей задачей на начальном этапе производства является выбор конфигурации заземлителя.

Классификация заземляющих устройств

Согласно Правилам электроустановок (EAR) защитное заземление может быть выполнено с использованием двух типов заземления – естественного или искусственного. Заземляющие элементы этих двух категорий имеют некоторые конструктивные отличия и особенности монтажа:

Устройства естественного заземления. Такие заземляющие электроды могут быть представлены:

    предметы из сторонних токопроводящих частей, непосредственно контактирующие с землей; предметы, контактирующие с землей через специальную промежуточную проводящую среду.

Наиболее распространенными конструкциями заземляющих электродов этого типа являются:

    металлические конструкции зданий и фундаментов; металлические покрытия для проводов; обсадные трубы.

Элементы этой категории заземления должны быть подключены как минимум в двух местах.

Запрещается использовать в качестве естественного заземления: трубы централизованного теплоснабжения, газопроводы, трубопроводы с легковоспламеняющимися жидкостями и горячей водой, подземные оболочки кабелей с алюминиевой подкладкой.

Элементы искусственного заземления. Предполагается специальное производство таких конструкций. В качестве материалов для искусственного создания защиты используются:

    стальные трубы определенного размера; толщина стальной полосы более 4 мм; пруток стальной.

Важно знать! Очень популярны системы искусственного заземления глубокого типа. Электроды в таких конструкциях оцинкованы или покрыты медью. Достоинства – низкие производственные затраты и долговечность элементов.

Конкретные различия между устройствами искусственного и естественного заземления всегда учитываются при расчетах, определяющих их оптимальную конфигурацию.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

По результатам этих расчетов составляется чертеж заземления здания.

Важно: Устройство, которое установлено в соответствии со всеми расчетными данными схемы заземления, позволяет получить максимальную эффективность работы всего комплекса защитного заземления.

Расчеты основаны на допустимых пределах шага и напряжения прикосновения. На их основе рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их расположения.

Читайте также:  Как выбрать цвет для кухни ⁉️ Цветовые сочетания, советы дизайнеров, фото интерьеров

На основании этих данных производятся расчеты:

Описание характеристик конкретного электрооборудования: тип установки; основные конструктивные элементы устройства; рабочее напряжение; возможные варианты заземления нейтралью как трансформаторных, так и генерирующих устройств. Конфигурация заземления. Эти данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов. Информация об испытаниях, проведенных для измерения удельного сопротивления почвы в данном районе. Кроме того, следует учитывать климатические данные района, в котором будет установлена ​​система. Информация о подходящих элементах естественного заземления, которые можно использовать. Требуются данные о фактических значениях допустимой токовой нагрузки этих объектов. Их можно получить специальными измерениями. Результат стандартного расчета точных значений рассчитанных токов замыкания на землю. Расчетные нормированные значения допускаемых вольт-фарадных характеристик согласно ПУЭ. Значения устойчивости к сезонному промерзанию почвенного слоя в период высыхания и промерзания. Эти значения необходимо учитывать при расчете элементов заземления, находящихся в однородной среде. Используются специальные стандартизированные коэффициенты. Если необходимо установить сложную группу заземлителей, состоящую из нескольких элементов, необходимо знать все потенциалы, которые необходимо приложить к установленным электродам. Для этого требуется информация о значениях сопротивления всех слоев заземления.

Важный! Если установка должна быть размещена в двух слоях заземления, необходимо учитывать значения сопротивления каждого слоя заземления. Это важно для определения точных данных об энергетических параметрах верхнего слоя почвы.

Принцип расчета сопротивления заземлителей

Существует множество способов расчета характеристик основных элементов заземления, но главный параметр в этом расчете один и тот же – величина сопротивления. Его оптимальное значение определяется на основании нормативных данных ПУЭ. Выполнение надежного защитного заземления объекта невозможно без расчета сопротивления его ключевых элементов.

Например, необходимо определить сопротивление заземления для электрооборудования напряжением более 1 кВт с изолированной нейтральной точкой. Согласно документации профиля ПУЭ 1.7.96 следует использовать формулу R≤250 / I, где:

    I – показатель расчетного тока заземляющего устройства; R – значение сопротивления заземлителя, которое не должно превышать 10 Ом.

Согласно Электротехническим нормам (1.7.104) с учетом нормативной информации о величине тока прикосновения (например 50 В) формула изменена: R≤U / I, где U – ток прикосновения (50 V).

Важно: при изолированном нейтральном проводе нет необходимости уменьшать значение сопротивления ниже 4 Ом. Однако идеальным значением сопротивления системы заземления считается 0. Основная цель, к которой сводится производство всех расчетов профиля, одинакова – получение минимально возможного сопротивления системы.

Помимо расчета параметров важным моментом при выполнении заземления является выбор схемы подключения устройства.

Схемы заземления дома

Одним из ключевых элементов, необходимых для обеспечения электротехнической и пожарной безопасности объекта, является защитное заземление, поэтому логично, что правильная технологическая реализация такой системы имеет большое значение. Достижение желаемого результата этой задачи невозможно без правильного выбора схематического варианта подключения и заземления элементов.

Помнить! Каждый элемент защитного заземления обозначен схематически. Чтобы выбрать оптимальный вариант схематического обоснования подключения такой системы, необходимо знать как алфавитные, так и графические и цветные рисунки.

На практике чаще всего используются два типа подключений – схемы TN-C-S и TT. Различия в схемотехнике:

Схема TN-C-S. При организации защитного заземления объекта по предоставленной схеме предусмотрены следующие моменты:

    роль защитного и нулевого (рабочего) проводника выполняет один проводник (PEN); локация – участок электросети от трансформатора до главной заземляющей шины (заземляющей шины). Уже в GPB провод PEN разделен на нейтральный провод (N) и защитный провод (PE).
    Цифра 1 на этом рисунке обозначает заземление источника, а цифра 2 указывает объект (дом), который необходимо заземлить.

    Важно: Выбирая схему TN-C-S в качестве основы заземления, необходимо учитывать наличие нейтрального глухого заземления. Оказывается, GSE дома подключен к заземлению трансформатора здания.

    Схема ТТ. Перед применением этой схемы необходимо представить аргументы против использования системы TN-C-S. Обязательно выполнение требований законодательства, установленных для системы TT, а именно:

    выполняется самостоятельное соединение элементов и исключено подключение к нейтрали трансформатора; Заземление всех корпусов электрооборудования дома не зависит от подобного силового элемента; В электропроводке дома необходимо использовать УЗО (прерыватель замыкания на землю).

Цифра 1 на рисунке – заземление источника, цифра 2 – дом, а цифра 3 – заземляющее устройство дома.

Важно: Схема ТТ не обеспечивает защиты пользователя в случае утечки тока при коротком замыкании изоляции. Поэтому необходимо установить УЗО на электропроводку, реализованную по схеме ТТ – обязательно.

Из-за значительных трудностей при реализации заземления в схеме ТТ большинство объектов заземляется по схеме TN-C-S.

Заземление – важный элемент обеспечения пожарной безопасности здания и электробезопасности его жителей. Необязательно начинать работу по его созданию, руководствуясь только общими понятиями определения защитного заземления. Необходимо ознакомиться с теоретическими и практическими аспектами построения системы электрозащиты, понять, как рассчитать ее параметры, уметь измерять значение сопротивления после установки. Если у вас нет навыков и необходимого оборудования, вам стоит доверить такую ​​работу профильным профессионалам.

Защитное заземление

Защитное заземление – это преднамеренное соединение элементов оборудования, которые могут оказаться под напряжением в аварийной ситуации, со специально разработанными для этой цели устройствами, называемыми заземлителями. В особых случаях, предусмотренных соответствующими правилами электроустановок, элементы подземных сооружений (трубы, фундаментная арматура или другие подземные коммуникации) могут использоваться в качестве заземлителей. Общий вид конструкции можно увидеть на рисунке ниже.

Назначение защитного заземления – понизить потенциал корпуса устройства, который случайно находится под напряжением, до уровня, практически безопасного для людей.

Принцип действия

После того, как мы закончили обсуждение того, что такое защитное заземление, мы можем перейти к объяснению, как оно работает. Чтобы понять природу защитного действия заземления, важно понимать следующее:

    Во-первых, потенциал металлических частей любого работающего устройства автоматически снижается до минимума (почти до нуля) при наличии прямого контакта с землей; Во-вторых, при случайном контакте с корпусами оборудования, приборами и другими высоковольтными проводящими элементами в электрической цепи ток начнет течь в направлении СА; Для его разряда есть специальные устройства, называемые заземлителями; Их устанавливают в земле возле охраняемого сооружения.

Чтобы лучше понять, для каких целей используется защитное заземление, рассмотрим рисунок ниже.

На рисунке ниже показано, что благодаря защитному заземлению человек может безопасно добраться до точки заземления, когда напряжение от рабочих цепей проникло в корпус устройства, например, из-за повреждения изоляции. Дело в том, что проникшее в корпус напряжение сразу понижается до безопасного значения, которое определяется током утечки и сопротивлением самой земли.

Важно: Из предложенной трактовки следует, что для повышения эффективности защитного заземления необходимо снизить сопротивление его конструкции до минимального значения.

Этот вид защиты электроустановок широко применяется в трехфазных электрических сетях с рабочим напряжением до 1000 В, в схеме с изолированным нулевым проводом. Описанный выше принцип используется и в специальных защитных устройствах, обеспечивающих отвод естественных зарядов к земле (грозозащитные устройства).

Состав заземлителей

Классический ограничитель перенапряжения – это конструкция, состоящая из металлического заземления и ряда медных проводов, соединяющих защищаемые части устройств. По прямому назначению и расположению все известные заземлители делятся на искусственные и естественные.

Для защитного заземления работающих устройств рекомендуется в первую очередь подбирать электроды естественного заземления, которые могут выполнять следующие функции:

    Водопроводные трубы проложены глубоко под землей (см. Фото ниже);

    Металлические конструкции (в том числе элементы зданий и сооружений), плотно соприкасающиеся с землей; Металлизированные и стальные покрытия для подземных кабельных линий (кроме алюминиевых защитных покрытий); Элементы артезианских скважин (в частности, обсадные трубы).

Пожалуйста, обратите внимание! Категорически запрещается выбирать для заземления элементы трубопроводов теплопроводов и трубопроводов с легковоспламеняющимися жидкостями и газами.

Также следует помнить, что такие конструкции должны быть подключены к элементам заземления как минимум в двух разных точках.

В качестве искусственно созданных наконечников заземления обычно используются следующие металлические компоненты:

    Отрезки стальных труб с толщиной стенки около 3-3,5 мм (диаметр – около 3-5 см, длина – 2-3 метра); Полоски из того же материала толщиной примерно 4 мм; Уголки стальные одинаковой толщины; Стальные стержни диаметром не менее 1 см (до 10 метров в длину).

Чистая медь (или оцинкованная сталь) должна использоваться в качестве материала заземляющего электрода в кислых или щелочных почвах, где существует риск сильной коррозии.

Конструкции ЗУ и их виды

Основным элементом эффективного заземления является один заземляющий электрод, вбитый в землю (также называемый электродом). В том случае, если конструкция заземления состоит из нескольких штырей, соединенных друг с другом, это называется групповым заземлением (см. Рисунок ниже).

Перед погружением вертикально установленных электродов в грунт сначала выкапывается траншея глубиной примерно 0,7-0,8 м, а затем в уже подготовленные канавки в определенных местах забиваются трубы или уголки.

Дополнительная информация. В очень «тяжелых» почвах стальные стержни забиваются в землю с помощью вспомогательных механизмов, таких как вибраторы.

После выемки концов труб или уголков на расстоянии около 20 см от верхнего среза, предназначенного для сварки, закрепляются заранее подготовленные стальные полосы.

Согласно действующим нормам (например, нормам поведения) защитное заземление можно выполнить одним из следующих способов.

    Путем размещения отдельных элементов заземления в компактной внешней конструкции, называемой удаленной структурой (см. Рисунок ниже);

    Расположив такие же элементы по контуру охраняемого объекта (помещения). Такое сооружение может быть выполнено как снаружи, так и внутри здания и называется контуром заземления.

Из-за контурного расположения контактов так называемый эквипотенциальное соединение, которое необходимо в случае однофазного короткого замыкания на ноль. Кроме того, взаимное влияние отдельных заземляющих электродов может ограничивать важные системные аспекты, такие как напряжение в точках контакта и разность потенциалов в пределах человеческого шага.

Пожалуйста, обратите внимание! Напряжение прикосновения определяется как значение потенциала в точке отказа защищаемого устройства по отношению к земле.

В отличие от петель, удаленные конструкции не имеют этих функций, но позволяют пользователю свободно выбирать местоположение точки заземления.

В помещении, в случае защиты от шлейфа, заземляющие стержни и провода должны быть расположены в соответствии со следующими правилами для электроустановок:

    Их следует размещать в местах, обеспечивающих легкий доступ (например, для осмотра и ремонта) и исключающих любые возможные механические и ударные повреждения; При прокладке на полу зданий заземлители следует размещать в специально подготовленных пазах; Во влажных помещениях и помещениях с химическими парами кабели заземления следует прокладывать по периметру помещения, закрепляя их скобами на расстоянии примерно 10 мм от стены; Каждый корпус работающей системы должен быть подключен к основному заземлению или отдельному отводному проводу на расстоянии.

Важно: Заземление нескольких устройств запрещено электрическими правилами.

Причина этого запрета – невозможность получить при последовательном включении определенное значение переходного сопротивления, которое обеспечило бы определенную эффективность системы.

Основные характеристики ЗУ

Основным показателем работоспособности любой цепи является величина сопротивления защитного заземления (Rz). Это сумма сопротивления выводов всех элементов конструкции заземляющего электрода, включая контакты заземляющего электрода и силовые стержни (провода).

Для того, чтобы определить значение этого параметра на практике, можно воспользоваться законом Ома, известным из школьной программы. В соответствии с ним Rz рассчитывается как отношение напряжения в точке соединения медного заземляющего проводника с корпусом защищаемого устройства к току короткого замыкания, протекающему по всей цепи заземления.

Из этого определения следует, что для повышения эффективности любой заземляющей конструкции необходимо минимизировать сопротивление протеканию тока на землю.

Рассматриваемая нами величина (величина Rz) во многом зависит от следующих параметров:

    Сопротивление заземления в месте утечки тока; Конструкция и размер заземления; Характеристика заземлителя, которая определяется взаимным расположением его элементов.

Причем этот параметр со временем меняется и меняет свое значение в зависимости от сезона. Например, он достигает максимального значения, когда земля промерзает зимой или сухим летом. Величина переходного сопротивления, установленная правилами электромонтажа для большинства промышленных и жилых зданий, в том числе дачных и дачных, не должна превышать 4 Ом (см. Таблицу ниже).

Дополнительная информация. В некоторых особых случаях, упомянутых в инструкциях по установке, максимальные значения этого значения должны соответствовать значениям, приведенным в таблице.

Исходя из этого, в технической документации указано, что максимальное напряжение прикосновения 40 В не должно превышаться.

Напоследок несколько слов о том, как снизить сопротивление заземления в нормальных условиях эксплуатации этих конструкций. Специалисты советуют выбирать влажные глинистые почвы с повышенным содержанием соли. Если подходящего места для схемы найти не удалось, искусственно увеличьте ее проводимость, добавив минеральные соли в жидкий раствор.

Видео

Оцените статью
Добавить комментарий