Назначение защитного заземления

Как выглядит заземление на практике

Чтобы понять, что такое заземление нужно не только знать его назначение, но и понимать его устройство. Что такое защитное заземление и как оно устроено? Этот вопрос рано или поздно возникает у тех, кто сталкивается с электричеством. На самом деле, мы видим его довольно часто, просто не обращаем внимания. Заземлитель, непосредственно контактирующий с землёй, состоит из трёх прутов (может быть и больше в зависимости от свойств грунта), вбитых в землю на одинаковом расстоянии друг от друга. Они являются вершинами равностороннего треугольника и соединены между собой проводником (металлической полосой).

Наружные части заземления (шины, провода, кабели) имеют отличную от основной электрической цепи окраску. На них нанесены чередующиеся между собой жёлто-зелёные полосы. Как у любого устройства, у заземления имеются свои критерии качества. Главным является сопротивление и чем оно будет меньше тем соответственно лучше. Его можно улучшить несколькими способами:

увеличить количество вертикальных заземлителей (штырей);
увеличить глубину залегания штырей.

Так как ток всегда протекает по пути наименьшего сопротивления, а эти методы его снижают, то качество заземления повышается, обеспечивая более качественную защиту.

Как выглядит заземление.

Выбор системы заземления для частного дома

Можно почитать форум , а также статью “”

Для современного частного сектора подходят только две системы заземления ТТ и TN-C-S. Практически весь частный сектор запитывается от трансформаторных подстанций с глухозаземлённой нейтралью и четырёхпроводной ЛЭП (три фазы и PEN, объединённый рабочий и защитный ноль или, иначе говоря, объединённый ноль и земля).

Особенности системы заземления TN-C-S

Согласно п. 1.7.61 ПУЭ при применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Т.е. проводник PEN на вводе в дом повторно заземляется и делится на PE и N. После этого используется 5 или 3 проводная проводка.

Коммутация PEN и PE строго запрещена (ПУЭ 7.1.21. Во всех случаях в цепях РЕ и РЕN проводников запрещается иметь коммутирующие контактные и бесконтактные элементы). Точка разделения должна стоять до коммутационного прибора. Запрещается разрывать PE и PEN проводники.

Недостаток системы TN-C-S

при обрыве PEN проводника на корпусах заземлённых электроприборов может оказаться опасное напряжение.

Описание системы TN-C-S – Описание системы TN-C-S
только на современных ЛЭП выполненных проводом СИПрекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий,обязательно должны быть выполнены повторные заземления на ЛЭП.

Согласно п. 1.7.135 ПУЭ когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены начиная с какой-либо точки электроустановки, не допускается объединять их за этой точкой по ходу распределения энергии. В месте разделения PEN-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой. PEN-проводник питающей линии должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитного РЕ-проводника.

Для обеспечения высокого уровня безопасности от поражения электрическим током в системе TN-C-S необходимо использовать устройства защитного отключения (УЗО).

Особенности системы заземления ТТ

Описание системы ТТ – Описание системы ТТ
защитный проводник PE заземляется независимо от нулевого рабочего проводника N и запрещена какая-либо связь между ними.

Систему TT рекомендуется применять при неудовлетворительном состоянии питающей воздушной линии электропередач (ВЛ) (старые неизолированные провода ВЛ, отсутствие повторного заземления на опорах).

Замечание

СП 31-106-2002 “ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ОДНОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ” устанавливает, что электроснабжение жилого дома должно осуществляться от сетей напряжением 380/220 В с системой заземления TN-C-S.

Внутренние цепи должны быть выполнены с раздельными нулевым защитным и нулевым рабочим (нейтральным) проводниками.

Правила монтажа системы ТТ:

Установка УЗО на вводе с уставкой 100-300 мА (пожарное УЗО).
Установка УЗО с уставкой не более 30 мА (желательно 10 мА – на ванную) на все групповые линии (защита по току утечки от прикосновения к токоведущим частям электрооборудования при появлении неисправностей в электропроводке дома).
Нулевой рабочий проводник N не должен соединяться с местным контуром заземления и шиной РЕ.
Для защиты электрических приборов от атмосферных перенапряжений необходимо устанавливать ограничители перенапряжения (ОПН) или ограничители импульсных перенапряжений (ОПС или УЗИП).
Сопротивление контура заземления Rc должно удовлетворять условию ПУЭ (п. 1.7.59):
- при УЗО с уставкой в 30 мА сопротивление контура заземления (заземлителя) – не более 1666 Ом;
- при УЗО с уставкой 100 мА сопротивление контура заземления (заземлителя) – не более 500 Ом.

Для выполнения вышесказанного условия достаточно будет использовать один вертикальный заземлитель в виде уголка или прутка длиной около 2-2,5 метра. Но я рекомендую выполнить контур более тщательно, забив несколько заземлителей (хуже не будет).

Недостатки системы ТТ:

При коротком замыкании фазы на землю на корпусах электроприборов будет опасный потенциал (ток короткого замыкания недостаточен, чтобы сработал автомат защиты, поэтому обязательна установка УЗО – ПУЭ 1.7.59).

Указанный недостаток системы можно нейтрализовать установкой реле контроля напряжения и УЗО (2-х каскадная схема с одним “пожарным” или селективным УЗО на весь дом и несколькими УЗО на всех линиях потребителей).

Из чего состоит заземление

Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
Внутренний контур заземления. Токопроводящая шина, размещенная внутри здания. Охватывает периметр каждого помещения. К этому устройству подсоединяются все электроустановки. Вместо внутреннего контура может быть установлен щиток заземления.
Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.

Рассмотри эти компоненты подробнее.

Внешний, или наружный контур

Монтаж контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем начать расчет, и выполнить проектный чертеж, необходимо знать параметры грунта, в котором будут установлены заземлители. Если вы сами строили дом, эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезистов, для получения заключения по грунту.

Какие бывают грунты, и как они влияют на качество заземления? Примерное удельное сопротивление каждого типа грунта. Чем оно ниже, тем лучше проводимость.

Глина пластичная, торф = 20–30 Ωм·м
Суглинок пластичный, зольные грунты, пепел, классическая садовая земля = 30–40 Ом·м
Чернозем, глинистые сланцы, полутвердая глина = 50–60 Ом·м

Это лучшая среда для того, чтобы установить наружный контур заземления. Сопротивление растекания тока будет достаточно низким даже при малом содержании влаги. А в этих грунтах естественная влажность обычно выше среднего.

Полутвердый суглинок, смесь глины и песка, влажная супесь — 100–150 Ом·м

Сопротивление немного выше, но при нормальной влажности параметры заземления не выйдут за нормативы. Если в регионе установки установится продолжительная сухая погода, необходимо принимать меры к принудительному увлажнению мест установки заземлителей.

Глинистый гравий, супесок, влажный (постоянно) песок = 300–500 Ом·м

Гравий, скала, сухой песок – даже при высокой общей влажности, заземление в такой почве будет неэффективным. Для соблюдения нормативов, придется устанавливать глубинные заземлители.

Многие владельцы объектов, экономя «на спичках», просто не понимают, для чего нужен контур заземления. Его задача при соединении фазы с землей обеспечить максимальную величину тока короткого замыкания. Только в этом случае быстро сработают устройства защитного отключения. Этого невозможно достичь, если сопротивление растекания тока будет высоким.

Определившись с грунтом, вы сможете выбрать тип, и самое главное — размер заземлителей. Предварительный расчет параметров можно выполнить по формуле:

Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.

Расшифровка величин формулы:

R0 — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
Рэкв — удельное сопротивление грунта, см. информацию выше.
L — общая длина каждого электрода в контуре.
d — диаметр электрода (если сечение круглое).
Т — вычисленное расстояние от центра электрода до поверхности земли.

Задавая известные данные, а также меняя соотношение величин, вы должны добиться значения для одного электрода порядка 30 Ом.

Если установка вертикальных заземлителей невозможна (по причине качества грунта), можно рассчитать величину сопротивления горизонтальных заземлителей.

Поэтому лучше потратить больше времени на забивание вертикальных стержней, чем следить за барометром и влажностью воздуха.

И все же приводим формулу расчета горизонтальных заземлителей.

Соответственно, расшифровка дополнительных величин:

Rв — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
b — ширина электрода — заземлителя.
ψ — коэффициент, зависящий от погодного сезона. Данные можно взять в таблице:

ɳГ — так называемый коэффициент спроса горизонтально расположенных электродов. Не вдаваясь в подробности, получаем цифры из таблицы на иллюстрации:

Предварительный расчет сопротивления необходим не только для правильного планирования закупок материала: хотя будет обидно, если вам не хватит для завершения работ, пары метров электрода, а до магазина несколько десятков километров. Более-менее аккуратно оформленный план, расчеты и чертежи, пригодятся для решения бюрократических вопросов: при подписании документов о приемке объекта, или составлении ТУ с компанией энергосбыта.

Разумеется, никакой инженер не подпишет бумаги только на основании пусть и красиво исполненных чертежей. Будут произведены замеры сопротивления растекания.

Виды заземлений

Одним из путей ослабления вредного влияния цепей заземления на системы автоматизации является раздельное выполнение систем заземлений для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или являющихся источниками помех разной мощности. Раздельное исполнение заземляющих проводников позволяет выполнить их соединение с защитной землёй в одной точке. При этом разные системы земель представляют собой лучи звезды, центром которой является контакт к шине защитного заземления здания. Благодаря такой топологии помехи «грязной» земли не протекают по проводникам «чистой» земли. Таким образом, несмотря на то что системы заземления разделены и имеют разные названия, в конечном счёте все они соединены с Землёй через систему защитного заземления. Исключение составляет только «плавающая» земля.

Силовое заземление

В системах автоматизации могут использоваться электромагнитные реле, микромощные серводвигатели, электромагнитные клапаны и другие устройства, ток потребления которых существенно превышает ток потребления модулей ввода/вывода и контроллеров. Цепи питания таких устройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного заземления. Общий провод такой системы (обычно провод, подключённый к отрицательному выводу источника питания) является силовой землёй.

Аналоговая и цифровая земля

Системы промышленной автоматизации являются аналого-цифровыми. Поэтому одним из источников погрешностей аналоговой части является помеха, создаваемая цифровой частью системы. Для исключения прохождения помех через цепи заземления цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных проводников, соединённых вместе только в одной общей точке. Для этого модули ввода/вывода и промышленные контроллеры имеют отдельные выводы аналоговой земли (A.GND) и цифровой (D.GND).

«Плавающая» земля

«Плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного заземления (то есть с Землёй). Типовыми примерами таких систем являются батарейные измерительные приборы, автоматика автомобиля, бортовые системы самолёта или космического корабля. Плавающая земля чаще используется в технике измерений малых сигналов и реже – в системах промышленной автоматизации.

Естественное и искусственное заземление

Рассматривая виды заземления, упомянем естественные и искусственные конструкции, а также разновидности систем заземления (TT, IT, TN S, TN C S, TN C). Итак, естественное заземление — это конструкции, находящиеся в земле постоянно, такие как железобетонный фундамент. Сопротивление таких предметов нигде не регламентировано, поэтому как заземление электроустановок подобные естественные конструкции использовать нельзя.

Однако среди видов заземления нас больше интересуют искусственные конструкции. Это когда точку электросети, оборудования или установки специально объединяют с заземляющим устройством. Состоит заземляющее устройство из заземлителя и заземляющего проводника (шина, он же проводник с низким сопротивлением). Простейший заземлитель являет собой стержень из стали или меди, но может быть и более сложным сочетанием деталей различной формы.

Что нужно знать о качественном заземлении? Нужно добиться низкого соотношения сопротивления заземления к сопротивлению растеканию тока. Как это сделать? Для улучшения качества заземления подходит расширение площади заземляющих электродов, снижение удельного электрического сопротивления грунта, увеличение концентрации солей в грунте или его нагрев, а также большее заглубление электродов заземления или увеличение их количества.

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Вам это будет интересно Как используется эффект Холла: принципы явления и способы применения

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

Подготовительный этап при монтаже контура

Нужно создать специальную схему перед тем, как приступать к работе. Обязательной становится подготовка материалов и инструментов. Контуры при заземлении представляют собой объединённые в единое целое системы. Основные компоненты следующие:

Внешний.
Внутренний.

Первый строится на основе заземлителей, которых объединяет металлическая обвязка. Вторая часть располагается внутри дома. И представляет собой разветвлённую сеть с проводами. Точка начала – розетки или бытовые приборы, сами сходящиеся с шиной заземления. Последнюю монтируют в счётчике.

Заземление в форме треугольника

Чаще всего внешнее заземление создаётся в форме треугольника. Параметры будут такими:

1-2 метровые стороны
оптимальные габариты стороны – 1 метр 20 сантиметров

Но допустимо применение линейной незамкнутой формы, благодаря которой верхние концы получают последовательное соединение друг с другом.

Эта разновидность отличается большей безопасностью, меньшей требовательностью в плане выбора места установки. Но и ряд уязвимостей присутствует. У конструкции уменьшаются токопроводящие способности, как только последовательная связь между элементами нарушается. По-другому выглядят схемы расположения замкнутого типа. Серьёзными преимуществами не отличаются ни круги, ни квадраты.

Изготавливаются заземлители на основе нескольких приспособлений:

Металлический уголок, чьё сечение — 50 на 50 миллиметров.
Прут или трубы, диаметр которых равен не менее, чем 32 миллиметрам.
Минимально требуемая длина изделия – два метра. Обязательному учёту подлежит глубина, где осуществляется промерзание. Длина конструкции должна превышать данный показатель, минимум на 300-400 миллиметров.
У заземлителей верхние концы соединяются металлической полоской: длина – от 1 до 2 метров, толщина 4 миллиметра, ширина в 40 миллиметров минимум.
Применение других металлических изделий тоже допустимо. Например, отдать предпочтение пруту, у которого есть диаметр до 40 миллиметров.
Ещё одна металлическая конструкция нужна для обеспечения ввода в дом. Лучше, если она будет изготовлена из нержавеющей стали. Длины должно хватать, чтобы были полностью соединены контур и место ввода в дом. Не обойтись без приобретения дополнительных крепёжных элементов. Обычно их функцию отдают медному проводу, хомутам или болтам. Минимальное сечение – 4 миллиметра в квадрате.

Для выполнения дальнейших работ по заземлению готовим следующие приспособления:

Гаечные ключи.
Перфоратор.
Сварочный аппарат.
Лопата и кувалда.
Болгарка или другой подобный инструмент помогут разрезать металл в случае необходимости.

Но при составлении предварительной схемы можно выбрать компоненты нужной длины и диаметра заранее.

Заземляем сами

При прокладке заземляющего контура защиты в первую очередь необходимо выбрать тип схемы, по которой будут вестись работы. Опытные мастера рекомендуют выбирать схему типа TN-C-S. Её основное преимущество заключается в том, что оборудование имеет непосредственный контакт с землей. Контакт нейтрали и земли ведется одним проводником, а на входе в щиток разделяются на 2 отдельных. Данная схема обеспечивает надежную защиту, поэтому устанавливать УЗО нет необходимости, достаточно лишь простых автоматов. Однако согласно ПУЭ обязательно выполнить требования по механической защите общего контакта нейтрали и земли (PEN), а также создать дополнительное резервное заземление на опорах на расстоянии 200 м или 100 м.

Создать контур защитного заземления достаточно просто, если руководствоваться правилами перечисленными ниже. В первую очередь для создания контура необходимо выбрать схему защитного заземления, их существует несколько видов, самые надежные и удачные:

замкнутая (выполняется, как правило, по форме треугольника);
линейная.

В замкнутой схеме все заземляющие проводники вкопаны в землю, находятся на одной глубине и соединены между собой металлической перемычкой. Основное преимущество — работоспособность в случае разрыва (от коррозии или других воздействий) металлической перемычки.

В линейной же схеме проводники выстроены в одну линию и соединены перемычкой последовательно друг с другом. Данная схема чуть более проста в создании, но имеет недостаток — при повреждении перемычки из строя выходит вся система.

Создание контура заземления

Итак, для создания контура заземления нам понадобятся следующие инструменты и материалы:

Лопата.
Сварочный аппарат (обязателен).
Пила по металлу или болгарка.
Кувалда.
Пассатижи, гаечные ключи.
Металлический уголок/швеллер/П-образный профиль из нержавеющий стали длиной от двух метров (с площадью поперечного сечения ДО 150 мм²).
Металлические полоски длиной от 110 см, шириной 4 см, толщиной 4–5 мм.
Металлическая полоса необходимой длины (от места залегания до места контакта с домом), ширина 4 см, толщина 4–5 мм.
Крупные болты, гайки и шайбы (М8-М10).
Провод из меди с толщиной не менее 6 мм².

После того как все необходимое имеется в наличии можно приступать к монтажу защитного заземления. В первую очередь следует выбрать место, лучше всего выбрать такой участок земли, где редко находятся люди или животное, так как во время отвода электричества в почву может произойти поражение электрическим током. Лучше всего выбрать место на границе участка, на максимальном удалении от зоны постоянного посещения.

После чего необходимо выкопать узкую траншею глубиной 60–70 см от места контакта с домом до места отвода электричества. В месте отвода электричества необходимо выкопать соответствующую фигуру (в зависимости от выбранной схеме) со сторонами ~1.2 м между проводниками.

Затем в каждом углу фигуры (у нас это треугольник) — вкапываются металлические уголки в землю на глубину 2 м и больше. К торчащим концам вкопанных проводников привариваются заготовленные заранее металлические пластины, к одному концу которой приваривается полоса-проводник, идущая непосредственно к месту контакта заземления с домом.

В месте контакта заземления к этой пластине монтируется провод из меди, который уже выходит из под земли и выводится в электрощиток.

После выполнения этих работ траншеи обратно закапываются. На данном этапе работы по защитному заземлению можно считать законченными.

Защита от удара электрическим током

Перед тем как дать ответ на главный вопрос, зачем нужно заземление, нужно разобраться с конструкцией. Заземление — это кусок электрического провода определенного размера, где один конец присоединяется к электрооборудованию, а второй запускается под землю.

И вот именно монтаж заземляющего устройства дает возможность предотвратить поражение электрическим током или минимизировать его воздействие на человека. Также нередко возникает вопрос, для чего требуется контур заземления? Он нужен для бытового электрического оборудования, выполненного из металла, это может быть:

Наводя потенциал на корпус из металла, ток в обязательном порядке должен уходить в землю. Но в данном случае требуется создание устройства в виде металлической конструкции, которое создает контакт непосредственно с землей.

Таким образом, при наведении потенциала на электрический корпус бытового прибора электрический ток будет полностью уходить в землю, и для человека подобная ситуации не влечет никакой опасности. Разумеется, часть все равно пройдет через тело человека, но опять же, ситуация безопасна и никаких пагубных воздействий не будет.

Конструкции ЗУ и их виды

Основным элементом действующего ЗУ является одиночный заземлитель, выполняемый в виде забиваемого в грунт штыря (его ещё называют электродом). В случаях, когда заземляющая конструкция изготовлена из нескольких соединенных между собой штырей, её называют групповой (смотрите рисунок, размещённый далее по тексту).

Конструкция группового заземлителя

Для чего нужно заземление

Перед погружением в почву вертикально монтируемых электродов сначала вырывается траншея на глубину порядка 0,7-0,8 метров, после чего в уже готовые канавки в определённых точках кувалдой забиваются трубы или уголки.

Дополнительная информация. В случае очень «тяжелого» грунта стальные стержни заглубляют в землю посредством вспомогательных механизмов типа вибраторов.

По завершении рытья траншеи на концы труб или уголков на расстоянии примерно 20 см от верхнего среза на сварку присоединяются подготовленные ранее стальные полосы.

Согласно действующим нормативам (ПУЭ, в частности), защитное заземление может быть обустроено одним из следующих способов:

Расположением одиночных заземлителей в виде компактной наружной конструкции, которая называется выносной (смотрите размещённую ниже картинку);

Выносная заземляющая система

Путём распределения тех же элементов вдоль контура защищаемого объекта (помещения). Такая конструкция может обустраиваться как снаружи, так и внутри зданий и называется контуром заземления.

При контурном расположении штырей легко удается реализовать так называемое «выравнивание потенциалов», необходимое в случае однофазного замыкания на нуль. Помимо этого, в данном случае проявляется эффект взаимного влияния одиночных заземлителей, который позволяет снизить такие важные показатели системы, как напряжение в точке прикосновения и разность потенциалов на расстоянии человеческого шага.

Обратите внимание! Напряжение прикосновения определяется как величина потенциала в аварийной точке защищаемого оборудования по отношению к земле. В отличие от контуров выносные конструкции этими свойствами не обладают, но зато они позволяют произвольно выбирать место для обустройства заземления

В отличие от контуров выносные конструкции этими свойствами не обладают, но зато они позволяют произвольно выбирать место для обустройства заземления.

Внутри помещений при контурной защите заземляющие шины и проводники располагаются с учётом следующих требований ПУЭ:

Они прокладываются в местах, обеспечивающих свободный доступ (на случай осмотра и ремонта, например) и исключающих возможные механические и ударные повреждения;
При размещении на полу зданий заземляющие проводники должны помещаться в специально подготовленные для этого канавки;
На объектах повышенной влажности и в складских хозяйствах с хранящимися в них летучими парами химикатов заземляющие шины следует прокладывать по периметру помещения, зафиксировав их скобами на удалении примерно 10 мм от стены;
Каждый корпус действующей установки присоединяется к распределённому магистральному или выносному заземлителю посредством отдельного ответвляющего проводника.

Указанный запрет объясняется невозможностью получить при последовательном включении нормированную величину переходного сопротивления, обеспечивающего заданную эффективность действия системы.