Понятие и принцип действия 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.

Конструкция заземления

Рабочее заземление представляет собой вбитые в землю железные штыри, играющие роль проводников, на глубину около 2-3 метров.

Такие металлические прутья соединяют заземлительные клеммы электрооборудования с шиной заземления, тем самым образуя металлосвязь.

Металлосвязь есть в каждом жилом доме. Это сварная железная конструкция, которая соединяет друг с другом верхние концы заземлителей. Её заводят к вводному щитку дома для дальнейшей разводки по квартирам.

В качестве заземляющего проводника используют шину или провод с сечением не менее 4 кв. мм, окрашенные в жёлтые и зелёные полосы. Кабель в основном используют для переноса функционального заземления от шины к шине.

В целях безопасности проводится периодическая проверка электронного сопротивления металлической связи заземления. Оно измеряется от клеммы заземления электроустановки до наиболее удалённого от неё наземного контура заземления. Показатель сопротивления в любой части рабочего заземления не должен превышать 0,1 Ом.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.

Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.

https://youtube.com/watch?v=UU4RLuuVd4E

Выполняются расчеты на основании таких данных:

1. Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
2. Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
3. Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
4. Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
5. Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
6. Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
7. Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
8. При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.

Функции

Заземление имеет большой ряд назначений, а основной принцип действия защитного заземления — отвод электрического тока в землю от металлических поверхностей электрических приборов. Рассмотрим, для каких же целей применяется защитное заземление и в чем отличия от обычного заземления ?

Основная функция обычного, так называемого рабочего заземления — защита электроприборов от неустойчивой работы и сбоев, а также предупреждение внештатных ситуаций, таких как короткое замыкание.

Основная функция ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ — защита человека при возникновении аварийной ситуации, когда велика вероятность поражения электрическим током при соприкосновении с металлическими частями электроприборов.

Кроме того такой вид соединения:

• соответствует регламенту ПУЭ (правила устройства электроустановок);
• снижает помехи при работе электрической техники;
• является отличной молниезащитой здания.

В современном доме/квартире просто необходимо проводить работы по прокладке заземляющего кабеля и его подключению к общему «контуру земли». Обусловлено это тем, что современные бытовые приборы обладают серьезными мощностными показателями, они способны потреблять большое количество энергии, а их корпусные детали, как правило, выполнены из металлов, которые, как известно, хорошо проводят электрический ток. Отсутствие заземляющей цепи грозит серьезными последствиями, в особенности при установке в помещении такой техники как:

• стиральные машины;
• холодильники;
• электрические плитки;
• водонагреватели и котлы;
• микроволновые печи.

Прямое подключение через такую цепь позволяет избежать появления высокого напряжения на поверхностях этих электроприборов и снизить количество помех, возникающих при эксплуатации этой техники.

Дополнительные функции заземления

Заземляющие устройства очень часто используются в качестве грозоотводов, защищая строения от ударов молнии. В случае если неподалеку расположена еще одна электрическая установка с мощностью не более 1 кВт, то заземляющую систему можно использовать общую. Такое решение помогает значительно снизить материальные траты на строительство других заземлений.

В такой ситуации нормальным будет сопротивление растекания тока с наименьшим значением. Вычислить его можно, используя значения минимального сопротивления для каждой электроустановки, которые помещены в один заземлитель. Брать при этом нужно минимальное значение.

Технологии устройства заземления

Контур заземления устанавливается по одной из двух технологий:

• Традиционная.
• Модульно-штыревая.

Традиционная технология

По правилам традиционной технологии заземление выполняется из черного металла. В этих целях могут быть использованы полоски, трубы, уголки. Для начала выбирается подходящее для оборудования заземляющего контура место в почве. Затем на расстоянии 5 м друг от друга вкапываются в грунт металлические электроды (на глубину около 3 м в зависимости от объекта). Далее они собираются в общий контур с помощью сварки и стальной полоски.

Из-за трудоемкой установки и коррозии, свойственной металлу, сейчас чаще применяется более современная модульная технология.

Модульная технология

Для обустройства модульно-штыревой заземляющей технологии применяются металлические стержни с медным покрытием. Они вбиваются в грунт вертикально на глубину до 1 м. По краям нарезается резьба, которую тоже покрывают медью. Металлические элементы конструкции соединяют латунными муфтами. Для соединения горизонтальных и вертикальных частей берут латунные зажимы. Все детали обрабатываются специальной защитной пастой от коррозии.

Модульно-штыревая технология не нуждается в трудоемком монтаже и сварке. Она подходит для любого типа грунта и имеет больший срок службы, чем традиционная.

Технически совершенная система заземления здания обеспечивает надежную и безопасную работу электроприборов для потребителя. Во многих случаях правильное заземление может спасти жизнь человека.

Виды заземлителей

В организации рабочего или защитного заземления применяют такие элементы как заземлители. Есть два вида:

• Искусственные – это конструкции из неокрашенного металла. Иногда с целью защиты от коррозии применяют защитные составы, которые не ухудшают способность проводить ток. Как пример искусственного заземления можно назвать особый токопроводящий бетон.
• Естественные – различные токопроводящие конструктивные элементы объекта и коммуникаций. Они обязательно соприкасаются с землей. Запрещено использовать как естественный заземлитель конструкции магистрали, которые могут взорваться или загореться. К примеру, газовую трубу.

При эксплуатации искусственных заземлителей важно помнить, что нужны будут прутья/пластины из металла для создания металлосвязи. Это когда верхние концы заземлителей соединяют сваркой в один элемент

Его заводят прямо в дом с помощью шины заземления, которая обеспечивает жесткость и цельность контура.

Лучший вариант защиты это заземляющее устройство?

Единственно правильный ответ на этот вопрос – да. Это действительно так. Контур заземления, смонтированный по всем правилам, защитит человека намного лучше предыдущего варианта. Улучшить защиту можно при помощи дополнительных устройств – автоматических выключателей, УЗО или дифавтоматов. Ведь что такое защитное заземление? По своей сути это система отвода электрического тока в случае аварии туда, где он не может навредить человеку.

Так должен выглядеть готовый контур заземления частного дома

Касаемо заземляющего устройства можно сказать, что оно может быть различным – контур заземления по периметру здания, «треугольник» во дворе или естественный заземлитель. Все правила и способы его монтажа мы обязательно рассмотрим в одной из ближайших тем. Но для общей информации имеет смысл понять определение, что является естественным заземлителем.

В таких домах заземление не предусмотрено – придется довольствоваться занулением

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.

Как нельзя осуществлять заземление

Согласно параграфу 1.7.110 ПУЭ, запрещается использовать в качестве рабочего заземления любые виды трубопроводов. Кроме того, запрещено выводить заземляющий кабель наружу и подключать его к неподготовленной контактной площадке на шине. Такой запрет объясняется тем, что каждый металл имеет свой индивидуальный потенциал. При воздействии внешних факторов образуется гальванический пар, который способствует процессу электроэрозии. Коррозия может распространиться под оболочку заземляющего провода, что повышает опасность его оплавления во время подачи больших токов на контур заземления в случае аварии. Специальная защитная смазка предотвращает разрушение металла, но действует она лишь в сухом помещении.

Также ПУЭ запрещает осуществлять поочерёдное заземление электроустановок друг с другом, подключать более одного кабеля на одну площадку заземляющей шины. Если пренебречь такими правилами, то в случае аварии на одной установке она будет создавать помехи в работе соседа. Такое явление называется электрической несопоставимостью. При неправильном подключении рабочего заземления работы по устранению недостатков опасны для жизни.

Почему человека бьет током

Для того чтобы ответить на поставленный вопрос потребуется ознакомиться с неисправностями, периодически возникающими в действующем электрооборудовании. Дело в том, что в процессе его длительной эксплуатации возможно разрушение изоляции и появление контакта оголенного провода силового питания с корпусом электроустановки.

Если у эксплуатируемого оборудования нет заземления – это угрожает работающему с ним оператору ударом тока (фото слева). Подобный эффект возникает при случайном соприкосновении тела человека с токопроводящими частями стиральной машины или ванны, например.

Основные цели и задачи заземления

Заземление представляет собой заземлитель и заземляющие проводники, по которым ток стекает в грунт и нейтрализуется

Почва способна нейтрализовать электрический ток, так как степень ее напряжения равна нулю. Сопротивление – это основной показатель заземляющего устройства, по которому можно судить о его качестве и способности выполнять свое предназначение. Удельное сопротивление зависит от состава почвы, наличия в ней химических веществ – кислотных или щелочных, влажности, рыхлости. В зависимости от состава почвы может потребоваться использование какого-либо специального комплекта заземления или же полная замена грунта для корректной работы заземляющих устройств.

Заземление – это соединение какого-либо прибора, электрической установки или части сети с заземляющим устройством. Оно представляет собой заземлитель и заземляющие проводники, по которым ток стекает в грунт и нейтрализуется.

Заземлителей может быть несколько. В распределенной схеме они располагаются по периметру объекта, электрическую сеть которого необходимо обезопасить. Проводящая часть (заземлители) обычно выполняются из металла. К ним подводятся заземляющие электроды, которые имеют непосредственный контакт с почвой.

Устройство контура заземления

Заземляющее устройство монтируется по контуру. Контур заземления – это несколько проводников электродов, которые забиваются в грунт. Их длина – 3 метра, располагаются они на небольшом расстоянии друг от друга. В качестве соединения применяется горизонтальная металлическая полоса, которую укладывают в почву на небольшую глубину – до 1 метра. Соединение с электродами осуществляется с помощью обычной сварки. В специальных заземляющих комплектах части оборудования соединяются резьбой, что никак не влияет на рабочие свойства.

Рабочее заземление необходимо в следующих случаях:

• Защита оборудования от накопления статического электричества. Процессы, происходящие в природе, например, молнии, могут влиять на ток, протекающий в цепи, в результате чего оборудование может быть повреждено. Электроды, установленные в грунте, отводят излишки тока.
• Защита сети от замыканий.
• Защита от перенапряжения.

Принцип действия защитного заземления

Основной принцип действия состоит в том, чтобы уменьшить количество напряжения на корпусе электрического оборудования при включении его в электросеть. Достижением этого служит малое сопротивление заземляющей конструкции. Ток проходит по наименьшему сопротивлению, то есть сопротивление заземлителя должно быть меньше чем сопротивление человека.

Различают контурные и выносные заземляющие конструкции. Контурные устройства проходят по периметру заземляемого объекта или оборудования. Такая конструкция более надежная и дает гарантию повышенной безопасности. Выносные – располагаются за границей предполагаемого объекта или электроустановки.

Принцип действия можно рассмотреть когда заземление является частью молниезащиты. При возникновении молнии разряд проходит по наименьшему сопротивлению: от воздуха к деревьям, к мокрым стенам зданий, по проводам к электроприборам и так далее. Если имеется такое устройство как молниезащита, то разряд от облака пойдет по траектории расположения металлических молниеотводах, находящихся с наружной стороны стен здания.

Электропроводность металла обусловлена содержанием в нем электронов, находящихся в подвижном состоянии. После чего электрический разряд по стенам спускается в почву, где и распадается. В этом случае заземление играет роль обязательного элемента, так как разряд посредством его уходит в землю. Земля является отличным проводником, но необходимо учитывать удельное сопротивление земли. Этот показатель зависит от плотности, состава, влажности и температуры, а также находящихся в ней химических элементов.

Так, мокрая глина является хорошим проводником для тока, в отличие от сухого песка. Также глубина заземлителя влияет на данный показатель. Заземление, проходящее на глубине более 5 метров, является более эффективным и надежным.

Специалисты проводят расчеты для проектирования качественной заземляющей конструкции. Как правило, выбираются типовые схемы и формулы для расчета. Вычисления зависят от: величины электродов и их количества, показателей грунта заземляемого объекта. Верность расчетов не большая, так как в большинстве случаев зависит от почвы. Обычно в этом случае используется опыт инженера.

Как работает защитное (функциональное) заземление

Принцип действия функционального заземления заключается в снижении напряжения между корпусом, который в результате непредвиденной аварии оказался под током, и землёй до безопасной для человека величины.

Если корпус электроустановки, оказавшийся под током, не оснащён функциональным заземлением, то прикосновение человека к нему равносильно контакта с фазным проводом.

Если учесть, что сопротивление обуви человека, который дотронулся до электроустановки, и пола, на котором он стоит, ничтожно мала относительно земли, то ток может достигнуть опасной величины.

При правильной работы функционального заземления ток, проходящий через человека, будет безопасным. Напряжение во время прикосновения также будет незначительным. Основная часть электроэнергии будет уходить через заземляющий проводник в землю.

Соединение с распределительным электрощитом

Соединение заземления с распределительным электрощитом

Если не осуществить соединение с щитом распределения, приборы просто не начнут работать:

• Провод одножильного типа из меди становится незаменимым помощником при решении данного вопроса. Соединение контура с одним из концов осуществляется заранее. Крепление второго предполагает участие распределительного щита, его отдельной шины.
• Самостоятельное выполнение работ возможно при наличии некоторых знаний и практического опыта. Но от помощи профессионала лучше не отказываться, экономия оборачивается чаще всего новыми проблемами.
• Сопротивление заземления можно будет измерить уже после того, как подключение завершено. Для проверки надо использовать специальный прибор. Процедура осуществляется следующим образом.
• Заглубление в землю двух штырей, минимум на 500-700 миллиметров.
• Потом осуществляется подключение специальных проводов. Одни соединяются с распределительным щитом, другие – со штырями.
• Если работы выполнены верно, то искомый показатель будет иметь уровень 4 Ом.

Работа проводится достаточно просто, но для неё требуется мультиметр. А без проверки совсем обойтись нельзя, иначе возникают вопросы у контролирующих организаций. Можно использовать обычную лампочку, а потом просто оценить степень накала.

Рабочее и защитное заземление — на видео:

https://youtube.com/watch?v=mRUe2rsJiKQ

Электромонтаж

Тестирование

По завершении монтажных работ необходимо протестировать контур заземления на нормируемые показатели. Для испытания потребуются точные измерительные приборы, не всегда имеющиеся в распоряжении пользователя.

Проверка контура заземления

В отсутствие требуемого оборудования следует воспользоваться простейшими способами, один из которых описан ниже (он подходит только для частного дома).

Во-первых, нужно взять достаточно мощную нагрузку (такую как утюг, например, с потреблением порядка 2-4 кВт). Во-вторых, необходим специальный переходник с обычной розеткой на одном из концов (второй из них выполняется в виде двух отдельных проводов). Далее, один из них следует оформить в виде изолированного одиночного контакта, а на конце второй сделать толстую петлю.

После этого необходимо подсоединить полученную петлю к свободной колодке на заземляющей шине в щитке. Одиночный изолированный контакт следует воткнуть в фазную клемму розетки, ближайшей к нему (нарушать порядок подключения концов переходника к фазе и земле ни в коем случае нельзя). После всех этих манипуляций нагревательный прибор окажется включенным в питающую цепь через сопротивление самодельного контура заземления. Затем нужно измерить напряжение в сети посредством мультиметра при включенном утюге и без него.

Небольшая разница в показаниях двух описанных измерений означает, что изготовленный заземлитель вполне работоспособен. Если же они отличаются очень намного – контур придется доработать (увеличить количество штырей, например).

О том, как проверить наличие правильного заземления мультиметром, мы рассказывали в соответствующей статье!

Внешний контур

• Сначала надо выбрать место, где будет располагаться внешняя часть контура. Оптимальное расстояние между такими местами и домом равно 1 метру.
• Возможность нахождения людей рядом с контуром необходимо исключить полностью.
• Лучше выбирать территорию под статичными элементами интерьера.
• Песочные грунты могут стать источником дополнительной проблемы.
• После подбора подходящей территории можно приступать к земляным работам. Требуется подготовить траншею треугольной формы. Допустимый размер сторон – 1,2 метра. Глубина – от 50 до 70 сантиметров.
• Металлические элементы контура просто вбиваются внутрь траншеи, при помощи подготовленного заранее комплекта.
• Верхние концы потом соединяются с использованием сварочного оборудования.

Когда все этапы выполнены, переходят к засыпке траншей. В этот момент считается, что наружные работы пришли к заключительному этапу.

Основные нюансы эксплуатации устройства защитного заземления

Регулярная проверка: Устройство защитного заземления требует регулярной проверки, чтобы убедиться в его работоспособности. Проверка может включать измерение сопротивления заземления и проведение визуального осмотра на предмет повреждений.

Правильное подключение: Устройство защитного заземления должно быть правильно подключено к электрической системе. Провода заземления должны быть надежно закреплены и иметь хороший контакт с заземляющей системой.

Изоляция: Устройство защитного заземления должно быть установлено в местах, где оно будет защищено от воздействия внешних факторов, таких как влага, пыль и химические вещества

Необходимо обеспечить надежную изоляцию заземляющих проводов, чтобы избежать коротких замыканий и повреждений.

Правильное использование: При эксплуатации устройства защитного заземления важно соблюдать правила безопасности. Необходимо предоставить доступ только квалифицированному персоналу, а также не допускать любые изменения в его конструкции без соответствующего разрешения.

Соблюдение этих нюансов позволит гарантировать эффективную работу устройства защитного заземления и создаст безопасные условия эксплуатации электрической системы в целом.

Меры предосторожности от поражения током

Чтобы максимально обезопасить людей от контакта с токоведущими частями электроустановки, а также с её металлическими частями, необходимо полностью изолировать опасный объект. Для этого устанавливают различные ограждения вокруг электроустановок.

Согласно Правилам устройства электроустановок, рабочим (или функциональным/технологическим) заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки, но не в целях электробезопасности.

Подразумевается, что оборудование работает надежно, а если сопротивление функционального заземления ≤4 Ом, то проблемы электробезопасности вообще исключены.

Понятие функционального заземления (далее FE) для сетей питания информационного оборудования и систем связи описано в следующих нормативных документах:

• ГОСТ Р 50571.22-2000, п. 3.14 (707.2): «Функциональное заземление: заземление для обеспечения нормального функционирования аппарата, на корпусе которого по требованию разработчика не должен присутствовать даже малейший электрический потенциал (иногда для этого требуется наличие отдельного электрически независимого заземлителя)».
• ГОСТ Р 50571.21-2000, п. 548.3.1: «Функциональное заземление может выполняться путем использования защитного проводника (РЕ-проводника) цепи питания оборудования информационных технологий в системе заземления TN-S.

Допускается функциональный заземляющий проводник (FE-проводник) и защитный проводник (РЕ-проводник) объединять в один специальный проводник и присоединять его главной заземляющей шине (ГЗШ)».

Для правильного понимания определений, данных выше, необходимо договорится о смысле некоторых слов:

• «Как правило» подразумевает, что требование (условие, решение) является преобладающим. Его несоблюдение возможно, но требует весомых обоснований.
• «Допускается» означает, что условие следует выполнять лишь как исключение в силу вынужденных обстоятельств.
• «Рекомендуется» – решение является оптимальным, но его выполнение не обязательно.
• «Может» символизирует правомерный вариант, один из нескольких.