Назначение, принцип действия, устройство защитного заземления

Техническое освидетельствование систем заземления

В целях контроля текущего состояния УЗ его конструкция периодически проверяется на предмет соответствия характеристик нормативным требованиям.

Указанная проверка предполагает проведение следующих операций:

визуальный осмотр открытых частей устройства;
обследование контактов между отдельными составляющими контура заземления;
измерение его активного сопротивления;
выборочное обследование размещённых в земле частей заземлителя со вскрытием грунта в этих местах.

В случае необходимости при испытаниях УЗ специалистами измеряется напряжение прикосновения и другие параметры распределительных заземляющих цепей.

Помимо этого, в комплект эксплуатируемого УЗ должен входить паспорт, в котором обязательно указывается дата ввода изделия в эксплуатацию, его рабочая схема, а также информация о текущем техническом состоянии системы.

Визуальное обследование открытых частей УЗ, как правило, проводится в соответствии с заранее утверждённым графиком ТО.

Для устройств, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности, а также подвергающихся постоянным механическим воздействиям периодичность проведения таких проверок должна оговариваться особо.

Подводя итоги всему сказанному, можно отметить следующую особенность работы конструкции заземления. С целью повышения эффективности защиты от поражения электричеством в питающих цепях обязательно наличие заземляющего устройства. Оно реагирует на малейшие утечки тока на землю через тело человека.

При этом связка «заземление плюс зануление» металлических корпусов приборов и оборудования позволяет достичь высокой эффективности защиты. Устройство заземления обеспечивает мгновенность отключения питания при случайном повреждении или пробое изоляции.

Работа заземления при неисправностях электрооборудования

В работе электрооборудования иногда возникают неисправности. Из-за большой нагрузки или плохого контактного соединения может оплавляется изоляция, голый провод соприкасается с корпусом, тем самым приводя к возникновению на нем «фазы».

Такое повреждение опасно тем, что человек, случайно прикоснувшись к такому оборудованию, попадает под напряжение. В данной ситуации, в зависимости от схемы цепи, возможно несколько вариантов развития событий:

Корпус не заземлён, УЗО отсутствует

Корпус повреждённого оборудования находится под напряжением. Внешних проявлений электрический ток не имеет, что опасно прикосновением к прибору человека, не подозревающего о наличии напряжения. Из-за отсутствия защиты это приведет к электротравме или летальному исходу.

Такой вариант электроснабжения является наиболее опасным, так как и УЗО и заземлении отсутствуют.

Корпус заземлён, УЗО отсутствует

Стандартные электрические схемы защищаются автоматическими выключателями. В случае возникновения значительного тока утечки они отключаются, тем самым разрывая цепь и снимая напряжение. Есть в такой схеме и подводные камни. Величина тока утечки не всегда может быть достаточной, чтобы на нее среагировал автоматический выключатель. На это может ряд причин.

Как правило, пробой изоляции происходит через некоторое сопротивление, из-за этого ток утечки может составлять лишь несколько Ампер или десятые доли Ампера. Естественно, что автомат с номиналом 16 Ампер на это не среагирует. В таком случае защита не сработает, или сработает, но с большой выдержкой времени.

Корпус не заземлён, УЗО установлено

УЗО не может сработать без возникновения тока утечки, а при отсутствии заземления он протекать не будет. В этом случае корпус оборудования будет находиться под напряжением, до соприкосновения его с человеком.

Тогда ток через тело пройдёт, так как оно имеет естественное заземление (контакт ног с полом или землей). Только после этого УЗО почувствует утечку и сработает через 0,02 секунды. Напряжение снято — вы в безопасности.

Корпус заземлён, УЗО установлено

Данная схема является самой эффективной для защиты от поражения электрическим током, так как каждое из устройств подкрепляет работу другого. При замыкании оголённого провода на корпус оборудования, последний оказывается под напряжением.

За счёт наличия заземления создается схема: повреждённый провод-корпус-заземлитель, создавая ток утечки. На него мгновенно реагирует УЗО, так как порог его чувствительности составляет от 10мА до 30мА.

Похожие материалы на сайте:

Для чего необходимо заземлять приборы
Конструкция и устройство заземляющего контура
Зачем заземляют ванну в квартире

Монтаж защитного заземления

Особенностью установки электродов является отсутствие покрытия в виде диэлектрических антикоррозионных составов.

В этом случае допускается только нанесение лака на свариваемые участки.

Особые требования предъявляются также к проводнику, который протягивается от контура до электрической установки:

высокие показатели прочности;
гарантированная долговечность;
устойчивость к коррозийным изменениям.

В качестве проводников рекомендуется применять стальные ленты размерами 0,5х3,0 см или металлические стержни диаметром не менее 1,0 см. При незначительных нагрузках может также применяться традиционная катанка.

Схема монтажа заземления

В соответствии с современными требованиями и стандартами, электрическая проводка внутри жилых зданий производится трёхжильными кабелями, в которых один из проводов является заземляющим. Защиту требуется подключать на участках от контура до корпуса эксплуатируемого электрического прибора.

Все электрические розетки и вилки приборов должны в обязательном порядке иметь специальные заземляющие контакты, подсоединяемые с корпусу.

Попадание фазы на прибор в условиях нарушения изолирующего слоя, сопровождается возникновением токовой утечки, в результате чего срабатывает УЗО или защитные автоматы.

Защитное заземление

Благодаря электрическому соединению металлических конструкций оборудования промышленного и бытового назначения с землей повышается безопасность его эксплуатации. Этот способ защиты людей от поражения электротоком называется защитным заземлением. Даже если в цепи используются специальные автоматические устройства, скорость их работы не позволяет полностью обезопасить человека.

Принцип работы

Если фазный провод коснется металлической конструкции оборудования, то его корпус окажется под напряжением. Если этот вид защиты был организован правильно, то создается электроцепь с низким сопротивлением. В результате этот путь станет для тока более предпочтительным, прикосновение человека к корпусу окажется безопасным. Так кратко можно описать принцип действия защитного заземления.

Основные функции:

Защита обеспечивается даже в ситуации, когда опасное напряжение на корпусе было образовано токами индукции, а не коротким замыканием.
Использование глухозаземленной нейтрали позволяет получить при коротком замыкании длительные импульсы с большой амплитудой, способствующие срабатыванию защитной автоматики.
Заземляющий проводник способен обеспечить надежную защиту оборудования при попадании в него молнии.

Схемы подсоединения

Для выбора оптимального варианта защиты следует разобраться в схемах организации заземления, а также их преимуществах и недостатках. Первый вид — глухозаземленная нейтраль (тип TN). Эта схема используется в бытовом и промышленном электрооборудовании, предназначенном для работы в сетях до 1 кВ. Для ее реализации нейтральный провод источника питания соединяется с заземлителем. Затем к общему проводнику подключаются корпус, экран и шасси.

Наибольшей популярностью пользуются три схемы, обозначающиеся соответствующей буквой:

C — проводник выполняет одновременно защитную и рабочую функцию. Схема предельно проста в реализации, но при разрыве электроцепи теряет свои защитные свойства.
S — применяется два отдельных нулевых провода. Стоимость схемы несколько выше, но ее надежность существенно увеличивается.
C-S — комбинация двух предыдущих систем. При ее использовании необходимо принять меры по предотвращению механического повреждения защитных проводников, иначе схема перестанет выполнять свою функцию.

Еще одна схема реализации этого вида защиты — схема IT. Она активно применяется в исследовательских центрах, так как позволяет дополнительно устранить паразитные электрические наводки. Для уменьшения показателя сопротивления приходится сокращать длину проводника. Решается эта задача с помощью создания по периметру объекта специального заземляющего контура.

Категории заземлителей:

Искусственные — изготавливаются специально для создания защитного заземления и не должны покрываться лакокрасочными материалами. Допускается использование в роли заземлителя электропроводящего бетона.
Естественные — электропроводящие части сетей и коммуникаций строений, находящиеся в контакте с землей.

Назначение и устройство защитного заземления существенно отличается от функционального, поэтому их нельзя совмещать. Подробно вопросы организации защиты оборудования и людей от воздействия электротока изложены в особом документе «Правила устройства электроустановок».

Принцип работы

Принцип действия заземления заключается в снижении потенциала оказавшейся под напряжением точки соприкосновения с токопроводящей частью до уровня, безопасного для человека.

Фактически, в момент попадания опасного напряжения на корпус оборудования, близкий к нулю потенциал заземлителя переносится в эту точку и на какое-то время создаёт безопасные для работы условия.

За это время должно сработать автоматическое устройство защиты от утечек (УЗО) и окончательно отключить линию питающего напряжения, на которой возникла аварийная ситуация.

В процессе изготовления заземляющего устройства должны выполняться особые требования, обеспечивающие надёжный контакт металлических поверхностей с частицами почвы.

Для повышения электропроводности вокруг погружаемой в землю металлической конструкции заземления создаётся зона с высокой удельной проводимостью. Проводимость повышается за счёт непосредственного химического воздействия на почву. Одним из вариантов такого воздействия является применение упоминавшейся ранее соли.

Все рассмотренные меры способствуют тому, что заземлённое основание защитной конструкции обеспечивает надёжное стекание тока в почву.

Помимо преднамеренного соединения корпусов электрооборудования с заземлённой конструкцией, рассмотренный выше принцип реализуется и в ряде аварийных ситуаций, связанных с непосредственным замыканием фазы на землю.

Молниезащита или особенности монтажа заземления

В отличие от искусственного электричества заземление при молниезащите имеет совершенно другие особенности. Однако, можно выделить и одно общее сходство среди всех , и это—использованные материалы и детали.

Устройство контура заземления

Конструкция защитного заземления может состоять из разного вида металлических деталей, однако, к ним есть отдельное требование такое же важное, как и нормативы относительно правил установки. Например, очень важно, чтобы элементы заземления были использованы нужного размера, как указывается в нормах и ПУЭ, прутья должны иметь гладкую структуру с диаметром не менее 5 мм

Сам металл и основа сооружения должны быть устойчивыми к воздействиям окружающей среды, то есть лучше, если электродами будут стальные элементы ведь от этого зависит долговечность защитного заземления. Известно, что сталь практически не поддается коррозии и отлично проводит электрический ток к грунту. При установке контура, следует использовать метод кольцевого, фундаментального или глубинного монтажа.

Кольцевой способ представляет собой крепление металла в виде замкнутого кольца, которое обустраивается вокруг всего здания, подвергающегося заземлению.
Фундаментальный тип используется еще в начале строительства, поэтому планировку подобного заземления продумывают заранее

Важно чтобы в дальнейшем из постройки выступали элементы, предназначенные для крепления к ним токоотводящих металлических проводников.
Глубинный метод не предусматривает строгих параметров при установке, однако приходиться руководствоваться типом почвы и ее структурой, отсюда и высчитывать оптимальную глубину залегания электродов. Доступность и простота монтажа—это большой плюс подобного способа.

Линейные размеры при монтаже системы заземления

В нашей статье мы подробно разобрали для каких целей применяется защитное заземление и что из себя представляет назначение защитного заземления, следовательно, в заключение нужно выделить, что без подобного устройства в современных условиях нельзя обойтись.

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.

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.

PN – нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
PE – глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

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.

простое устройство защитного механизма от попадания молний;
наличие защиты от короткого замыкания.

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.

высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
защита от КЗ;
возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

сложное устройство защиты от молний;
невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.

Что это такое?

Итак, что называется защитным заземлением. Традиционно процесс заземления представляет собой объединение любой точки электросети или оборудования, а также электрических установок с устройствами заземляющего типа. Данный вид устройств является совокупностью одного или сразу нескольких эффективных заземляющих элементов и специальных проводников, пригодных для заземления.

Защитные заземлители в виде одного элемента или совокупности проводящих частей, чаще всего прибывают в стандартном электрическом контакте с грунтом. К важным конструкционным особенностям заземлителя относится количество проводящих частей, их длина и тип размещения электродов, что рассчитывается в зависимости от предъявляемых к заземлителю требований и способностей земли выполнять защиту от электрического тока.

Заземление частного дома

Применяемые в настоящее время защитные заземлители бывают не только естественными, но и искусственного типа. Первый вариант является наиболее распространенным, и чаще всего бывает представлен:

водопроводными трубами, проложенными в грунтах;
конструкциями построек из металла, имеющих достаточное соединение с грунтом;
кабельными оболочками из металла, за исключением алюминиевых проводов;
обсадными трубами, установленными внутри артезианских скважин.

Категорически нельзя применять для заземления трубопроводные системы, заполненные газом или любой горючей жидкостью, а также трубы, применяемые на тепловых трассах.

Заземлитель естественного типа подсоединяется к сети заземления минимум в паре мест.

стальными трубами, диаметр которых составляет 30-50 мм при толщине стенок в 3,5 мм и длине 200-300 см;
стальными полосами, имеющими толщину в 0,4 см и более;
стальным уголком толщиной в 0,4 см и более;
стальными прутами, имеющими диаметр в 1 см и более, при длине около 10-11 м.

Следует отметить, что применение искусственных заземлителей в грунтах агрессивного типа, включая излишне кислые или щелочные почвы, сопровождается коррозийными изменениями металлов. Именно поэтому заземлители в таких почвах должны быть представлены медью, омедненными или оцинкованными элементами.

При выборе искусственного заземлителя нужно избегать использования алюминиевых кабельных оболочек и голых алюминиевых проводников, потому что под воздействием почвы происходит окисление.

Ремонт заземляющих устройств (ЗУ)

В процессе длительной эксплуатации заземления наблюдается коррозия отдельных узлов металлической конструкции и частичное отклонение электрических параметров от номинала.

Чаще всего это случается по причине разрушения защитного покрытия заземления под воздействием грунтовых солей с последующим коррозийным разрушением самого металла.

Устройство заземления в таком состоянии уже непригодно к длительной эксплуатации в качестве снижающей опасный потенциал конструкции, поскольку сопротивление поражённых ржавчиной мест существенно возрастает. Одновременно с этим снижаются токи утечки на землю, вследствие чего заземляющий контур теряет часть своих защитных свойств.

Любой специалист в подобной ситуации вправе заявить, что такое устройство нуждается в капитальном ремонте, предполагающем замену его поражённых частей на новые детали.

При этом возможен вариант, согласно которому часть разрушенных элементов заземления и мест сварки может быть восстановлена без их замены. Для этого необходимо проделать следующие операции:

сначала обнаруженные следы ржавчины на металлических частях заземления тщательно очищаются посредством наждачной бумаги или химическим путём;
вслед за этим очищенные от ржавчины места обезжириваются растворителем подходящего типа;
после высыхания растворителя на поверхность металла наносится слой грунтовки ГФ-18;
и в заключении, когда грунтовка полностью просохнет – подготовленные поверхности окрашиваются защитной эмалью чёрного цвета.

По завершении ремонта вся конструкция заземляющего контура подвергается контрольному обследованию, в процессе которого производится измерение его электрического сопротивления.

Для этих целей используются специальные контрольные устройства, называемые измерителями заземления (тип М416).

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

Область применения таких приборов распространяется не только на устройства заземления. С их помощью можно контролировать любые низкоомные цепи, а также с высокой точностью определять коэффициент удельного сопротивления грунта в точке заземления (ρ).

Принцип защитного заземления

Защитное заземление – это комплекс мер, которые направлены на защиту оборудования и людей, которые с ним работают. Используется для устранения электромагнитных помех, возникающих из-за работающего рядом устройства, а также для нейтрализации помех при коммутации в цепи питания.

Защита от попадания молнии

Схема защиты дома от молний

Воздушная среда – это участок с большим сопротивлением, но разряд имеет мощность, превосходящую данное сопротивление, поэтому пробивает его. По пути следования из верхних слоев атмосферы к земле молния выбирает участки с наименьшим сопротивлением – мокрые участки, стены, деревья и капли воды. Этим объясняется тот факт, что разряды часто попадают в дерево – оно имеет сопротивление меньше, чем воздух вокруг. При попадании в здание ток также проходит по участкам с наименьшим сопротивлением – это металлические трубы, электрические приборы или их металлические детали, влажные стены. Если устройство не имеет заземления, прикосновение к нему в момент прохождения заряда может быть смертельным.

При установке молниеотвода на крыше заряд попадает в него, а далее движется в землю и нейтрализуется

Важно, чтобы токи не распространялись внутрь объекта, поэтому материалы, которые используются для обустройства заземления, имеют низкое сопротивление. По правилам оно не должно превышать показатель в 4 Ом

Сам молниеотвод должен быть соединен с электродами в грунте.

Защита от импульсного перенапряжения

Устройства защиты от импульсных перенапряжений

Электронное оборудование чувствительно к скачкам напряжения или работающим в их радиусе мощным электрическим установкам. Повредить электронику может внезапно возникший разряд молнии вблизи.

В качестве примера: во время грозы может возникнуть избыточный заряд в медном кабеле, которыми соединены дома и по которым проходит ток. Заряд при увеличении его размера способен разрушить кабель. В этом случае на линии питания ставится УЗИП – устройство защиты от импульсного перенапряжения, чтобы избыток заряда стравливался в грунт.

Защита людей

Корпуса приборов, все металлические элементы способны проводить ток. Если коснуться незаземленного прибора, в котором накопилось статическое электричество, можно получить сильный удар. Это отразится прежде всего на сердечно-сосудистой и нервной системе. Снизить удар помогает резиновая обувь, прорезиненные перчатки, абсолютно сухое помещение, но люди редко ходят по квартире или офису в резиновых сапогах. Подключение третьего провода к корпусу приборов, а затем соединение его с электродами позволяет утилизировать в грунт лишний ток.

В старых частных и многоквартирных домах заземляющие мероприятия не проводились, поэтому все электрические приборы представляют потенциальную опасность для людей.

Виды заземления в зависимости от удаления объекта от защитного контура

По этой характеристике, виды заземляющих устройств подразделяют:

Разберем каждое из них подробнее.

Выносное устройство

При этом типе, расположение заземлителя производится за пределами помещения. Выносное (сосредоточенное) защитное устройство монтируют при невозможности оснащения контура на участке со скальным, каменистым грунтом, либо при наличии за участком наиболее подходящего для заземления качества земли.

Разброс производственного оборудования на значительном расстоянии друг от друга – это еще одна причина установки выносной системы.

К преимуществу этого типа, относят возможность выбора места установки с лучшими свойствами грунтов, с малым уровнем сопротивления. К таким грунтам относят – глинистый или песчаный влажный грунт. Но есть у способа существенный минус. Значение коэффициента касания проводника равно 1, из-за удаленности от производственных объектов.

Такой вид защиты монтируют для обслуживания объектов с малыми токами короткого замыкания (не более кВ). Потенциальное напряжение при касании поврежденного участка цепи не меньше потенциала заземлителей.

Контурное устройство

Заземляющие электроды располагаются равномерно, по границам контура обслуживаемого участка и на нем самом. Поэтому, второе название этого типа – распределенное.

При таком способе установки заземлителей, безопасность использования приборами обеспечивается понижением потенциалов на каждом заземлителе и потенциалы их выравниваются. Такой метод позволяет понижать пиковый ток КЗ. Одиночнорасположенные на территории контура заземлители позволяют решать эту проблему.

Каждый метод заземления, при долгой эксплуатации, может повысить сопротивление контура. Для раннего обнаружения неисправности, необходимо периодически осматривать контур и подтягивать гайки на креплении проводов.

Принцип работы

Контур заземления функционирует за счет способности грунта поглощать электрический заряд. Если корпус оборудования в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, то заряд будет стекать в землю. Когда пользователь коснется корпуса, ток все равно будет двигаться по пути наименьшего сопротивления, то есть через заземление, а не через тело человека. Не будь заземления, в подобной ситуации пользователь получил бы электротравму.

Условием нормального функционирования заземления является низкое сопротивление заземлителя. Эта величина зависит от параметров грунта:

плотность;
влажность;
соленость;
площадь контакта с заземлителем.

Способность грунта впитывать заряд сильно падает при замерзании. Поэтому штыри заземлителя вбивают на глубину ниже отметки промерзания, зависящей от широты местности. Данные о глубине промерзания грунта для разных регионов Российской Федерации приведены в СНиП «Строительная климатология».

Наглядная демонстрация заземления

На каменистых, песчаных и вечномерзлых грунтах, в которые сложно заглубиться, применяют электролитические заземлители из Г-образной перфорированной трубы. Внутри содержится реагент, формирующий соленую среду. Последняя характеризуется высокой проводимостью и низкой температурой замерзания. Длинную часть заземлителя закапывают в неглубокую траншею, короткую выводят на поверхность. Ее используют трояко:

для подключения шины заземления;
для засыпки нового реагента;
для заливки воды (провоцирует химическую реакцию в засушливый период).

Другой современный вариант заземлителя — модульный. Состоит из множества секций, соединяемых резьбовым или иным способом. По мере забивания в грунт навинчиваются все новые и новые секции. Так что такой заземлитель, в отличие от классического из нескольких штырей, можно установить на любую глубину. Соединяют секции по особым правилам и с применением токопроводящей пасты. При забивании используют особую насадку, защищающую резьбу от повреждений. Модули выполнены из стали и покрыты медью или цинком, отчего их сопротивление падает, а срок службы увеличивается.

Электролитический и модульный заземлители стоят дорого, потому их традиционные аналоги остаются востребованными. Штыри в такой конструкции располагают по-разному: