Защитное заземление и защитное зануление

Заземляющие системы TT и IT

Схемы заземляющих систем TT и IT

Схема ТТ

Заземление TT применяется в тех исключительных случаях, когда обеспечить надежную защиту с применением системы TN-C-S не представляется возможным или связано со значительными затруднениями. Это в основном касается удаленных от городских центров территорий, обычно относящихся к отдаленным сельским местностям и регионам. В этих условиях все чаще применяются системы заземления TT, в которых предусматривается «глухое» соединение нейтрали трансформатора с землей с последующей передачей 3-х фазного напряжения с использованием четырехпроводной линии.

На стороне, где располагаются нагрузки, как правило, обустраивается уже не повторное, а местное заземление вертикально-штыревого типа. К нему подключаются все медные шины-проводники PE, подсоединяемые с другой стороны к корпусу электрооборудования.

Четырехпроводная система заземления TT

Эта система официально разрешена к применению на территории России совсем не так давно. Несмотря на это она быстро «прижилась» в различных условиях эксплуатации энергосистем и широко используется в сельских районах, удаленных от городских центров на значительные расстояния. В пределах городской черты схема заземления типа TT нередко применяется при обеспечении электричеством различных торговых точек и небольших временных построек, связанных с оказанием бытовых услуг.

При этом подходе к организации систем защитного заземления должны выполняться особые требования. Они касаются вопроса установки в обслуживаемые цепи приборов и устройств защитного отключения (УЗО), а также специальных молниеотводов с функцией защиты от грозы.

Схемы IT

Во всех рассмотренных ранее системах нейтраль наглухо связана с землей, что превращает их в универсальные и надежные средства защиты. Вместе с тем они не лишены серьезных недостатков, описанных при анализе, проведенном в соответствующих разделах. Более высокий уровень безопасности гарантируют системы, в которых используется никак не связанный с землей нейтральный провод.

Системы заземления IT – это классический вариант изолированного от земли включения кабельных линий, не имеющий аналогов по степени гарантируемой им безопасности

Такое включение без нейтрали характерно для схем, обозначаемых как IT. Отсутствие факторов, приводящих к отключению энергоснабжения и потере системой защитных функций, позволяет применять их на следующих объектах:

  1. во взрывоопасных зонах;
  2. в отделениях медицинских учреждений с установленным в них специальным оборудованием, предназначенным для сохранения жизни пациентов и больных;
  3. на профильных предприятиях, занимающихся нефтепереработкой и газодобычей;
  4. во всех отраслях энергетики, а также в научных лабораториях, оснащенных особо чувствительным оборудованием;
  5. на других, не поддающихся учету объектах, связанных с вопросами обороны, в частности.

Системы заземления IT – это классический вариант изолированного от земли включения кабельных линий, не имеющий аналогов по степени гарантируемой им безопасности. Его основные характеристики – это изолированное состояние нейтрали трансформатора – «I» и наличие на приемной стороне собственного контура заземления («Т»). Напряжение к потребителю поступает в этом случае по ограниченному количеству шин, а все проводящие ток части оборудования надежно подсоединяются к местному заземляющему устройству (ЗУ).

Рассмотренный способ организации защиты только подтверждает правило, гласящее, что надежное заземление является гарантией эксплуатационной безопасности (включая сохранение жизни человека).

В заключительной части обзора отметим, что все рассмотренные системы касаются организации защиты в электроустановках до 1 кВ в зависимости от способа прокладки нулевого провода. Имеющиеся при этом отличия касаются только отдельных деталей обустраиваемых сетей. В общем они предназначаются для следующих важных целей:

  • Обеспечение не только надежного во всех отношениях, но и безопасного в повседневной эксплуатации функционирования электрооборудования, подключенного на потребительской стороне.
  • Снижение вероятности случайного поражения током работающего на нем персонала и людей, пользующихся этими электроустановками.

Краткое описание работы систем заземления

Системы заземления отличаются прежде всего безопасностью. То есть, сколько шансов выжить даёт человеку такая система после того, как на корпусе появилась фаза.

Возникает путаница в терминологией – одну и ту же систему называю и занулением, и заземлением. Википедия предлагает системы TN называть занулением на том основании, что в них заземляющий проводник PEN соединен с нулевым (нейтральным) проводом источника питания. А уже этот провод в трансформаторе – заземлён. Заземляется для того, чтобы не было перекоса фаз.

ПУЭ, Библия электрика, говорит, о том же самом, как о системах заземления.

Разница между этими понятиями, по моему мнению, очень зыбкая. По-моему, заземление нужно для поддержания напряжения на уровне потенциала земли на проводе PE и на всех нетоковедущих частях электроустановки, к которым он подключен. А зануление нужно для создания тока короткого замыкания при замыкании фазы на тех же частях электроустановки. В итоге, эффект может быть один – заземленные или зануленные части никогда не окажутся под фазным напряжением, и при этом должен сработать защитный автомат. Это если коротко и своими словами.

Вообще, заземление это более широкое понятие, чем зануление.

Можно сказать, система защиты безопасна настолько, насколько эта точка приближена к источнику напряжения. И опять же, что можно считать потребителем – электрочайник, квартиру, многоэтажный дом, или район города?

Ну а если фаза “прорвётся” на корпус – её должен уничтожить защитный автомат со 100% вероятностью.

Тут важными считаю две вещи:

  1. Весь металл, который не под фазой, должен быть под одним и тем же потенциалом. И желательно, чтобы этот потенциал был равен потенциалу земли. Это – “самый нулевой” потенциал.
  2. Опасное – недоступно. Доступное – безопасно. Бывает, смотришь в квартирные советские щитки или РП и волосы шевелятся.

И ещё, в который раз повторюсь. Всегда рассматривается вероятность обрыва нулевого рабочего проводника. Дело в том, что при таком обрыве на всей схеме прибора, вплоть до точки обрыва нуля, присутствует фазное напряжение.

В случае прикосновения ток проходит через нагрузку и через тело человека. Не смотря на сопротивление нагрузки, этот ток остается таким же опасным, как и при прикосновении к фазному проводу. Ведь сопротивление нагрузки (например, электробытового прибора) всегда гораздо меньше сопротивления тела человека.

Для чего делают несколько заземлителей

Электроустановку нельзя оснащать только одним заземлителем, поскольку почва является нелинейным проводником. Сопротивление земли находится в сильной зависимости от напряжения и площади контакта с воткнутыми штырями рабочего заземления. У одного заземлителя площадь контакта с почвой будет недостаточной, чтобы обеспечить бесперебойную работу электроустановки. Если установить 2 заземлителя на расстоянии в несколько метров друг от друга, то появляется достаточная площадь контакта с землёй. Однако следует помнить, что разносить слишком далеко металлические части заземления нельзя, поскольку связь между ними прервётся. В итоге останется только два отдельно установленных в почву заземлителя, никак не связанных друг с другом. Оптимальное расстояние между двумя контурами заземления составляет 1-2 метра.

Монтаж защитного заземления своими руками

Треугольный контур заземления

Вообще, качество защитного заземления напрямую зависит от грунта. Например, сложно сделать хорошее заземление на камнях. Здесь нужно создать «надёжный контакт» с землёй, что в данном случае очень проблематично. Но и здесь существуют свои методы и разработки, которые рассматривать не будем. Просто затронем обычный житейский вариант.

Самые подходящие почвы для надёжного контура заземления – это суглинок, глина и торф. На песчанике устроить хорошее заземление гораздо сложнее. Не маловажным показателем будет глубина залегания грунтовых вод. Чем выше грунтовые воды, тем лучше будет заземление. Как известно, вода отличный проводник электричества, поэтому, она играет важную роль в данном вопросе.

Для изготовления надёжного заземляющего контура Вашей бани или дома нужно выбрать примерно в метре от фундамента, влажное тенистое место возле постройки. Людям здесь ходить нежелательно, можно организовать цветник с тенелюбивыми растениями. После этого выкапывается траншея в виде периметра треугольника шириной на штык лопаты. Глубину выбираем в зависимости от грунта. Чем суше и каменистее почва – тем глубже копаем. Но в среднем углубляться следует не меньше полуметра.

Приготовив траншеи, переходим к заземлителям. В их роли могут быть использованы железные трубы, уголки, швеллера, металлические прутья и арматура. Конечно, стеклопластиковая арматура здесь применяться не может, так как является идеальным диэлектриком. Более продвинутый вариант – специальные электроды из стали или меди, которые изготавливают именно для этих целей. В этом видео как раз рекламный ролик этой темы.

Отрезав выбранный или имеющийся материал длиной примерно 2 метра, забиваем заземлители в грунт по углам приготовленного треугольника. Затем при помощи сварки или специальных зажимов (плашек) соединяем забитые уголки или электроды между собой. В роли соединителя лучше всего применить металлическую полосу.

Если соединения происходят при помощи сварки, то эти места очищаются от шлака и прокрашиваются суриком. Только не стоит красить все металлические части, это значительно ухудшит результат. Цель этой работы – создать большую площадь соприкосновения металлических частей с землёй. Чем больше будет площадь, тем лучше. Электрическое сопротивление при этом значительно снизится. Чего мы и добиваемся.

Соединение заземляющего контура

Следующий этап – проводом (лучше голым) соединяем сделанный заземляющий контур с заземляющей шиной в электрическом распределительном щите дома или бани. Сечение провода лучше взять 16 мм2  или больше. Соединяем с помощью болтовых соединений: для лучшего контакта целесообразно воспользоваться наконечниками. Если вводной щит металлический – его также заземляем через специальный болт. Это делается обязательно.

После того, как заземляющий контур смонтирован и подключен к сборке, можно его немного засыпать землёй, посыпать обычной поваренной солью, полить водой и хорошо утрамбовать. Соль и вода создадут наименьшее электрическое сопротивление между грунтом и контуром. Затем вся траншея засыпается остатками земли и выравнивается.

На этом монтаж защитного заземления можно считать законченным. Если всё сделано правильно, то при замерах, сопротивление контура не должно превышать 4 Ом. Но этого, как правило, никто никогда не делает. Существуют фирмы, которые занимаются электрическими замерами, но цены на эти услуги ощутимо «кусаются». Так что лучший вариант – всё устройство защитного заземления сделать самостоятельно и правильно, соблюдая те моменты, которые описаны выше.

Цитата мудрости: Настоящая жизнь совершается там, где она не заметна.

Рабочее заземление

Предназначено для обеспечения нормальной работы оборудования во всех режимах работы. Это относится и к аварийным ситуациям.

Рабочее или функциональное заземление — это заземление точки или точек токоведущих частей оборудования, предназначенное для обеспечения работоспособности электрооборудования, не в целях электробезопасности.

На рисунке снизу показана схема из учебника рабочего заземления для различных сетей.

Функциональным назначением данной опции является поддержание работоспособности оборудования и защитных аппаратов в штатном и аварийном режимах. Зачастую она используется для срабатывания специальных устройств.

Это могут быть плавкие предохранители, резисторы и т.п. Основным назначениям функции является препятствие сбоям, их локализации и препятствие их распространению.

Правила техники безопасности запрещают совмещать защитное и рабочее заземление. Что связано с тем, что электрические атмосферные помехи, например, от грозозащиты зданий и сооружений, могут совместиться с токами сети.

Это может привести к сбоям оборудования, например, компьютеров, сложной электронной техники и т.п. А так же к выходу оборудования из строя.

Кроме этого, такое совмещение сделает защиту от напряжения не эффективной. А в аварийной ситуации она вообще перестанет функционировать.

В качестве заземлителей применяют металлические стержни. Их должно быть не менее двух, и расстояние между ними составляет 1 м.

При этом необходимо соблюдать следующие правила, определяемые по ПУЭ:

  1. В качестве рабочего заземления запрещается использовать трубопроводы в любой ситуации.
  2. Запрещается выводить кабель наружу и подключать к шине в месте неподготовленном для этого. Так как плохой контакт не обеспечит надежной защиты, а в процессе эксплуатации он ухудшится из-за коррозии металла.
  3. Последовательное подключение оборудование к шине заземления категорически запрещается.
  4. Запрещено к одной контактной площадке на шине заземления подсоединять несколько кабелей от оборудования.

На вышеприведенном рисунке показан пример металлосвязи с электрооборудованием.

Что такое нейтраль

Чтобы понять, чем различные способы заземления отличаются один от другого – важно разобраться с тем, что представляет собой нейтраль, предусмотренная в любой электросети. Нулевая точка трехфазных электрических сетей: а) заземленная наглухо, б) заземленная через высокоомное сопротивление, в) изолированная от земли


Нулевая точка трехфазных электрических сетей: а) заземленная наглухо, б) заземленная через высокоомное сопротивление, в) изолированная от земли

Ее наличие в составе комплекта проводов, обеспечивающих передачу электроэнергии от подстанции к потребителю, объясняется следующими обстоятельствами:

  1. при организации трехфазного энергоснабжения токовые составляющие в каждой из фаз теоретически должны быть равными по величине;
  2. при протекании по обратной ветви, называемой нейтралью, за счет векторного сложения (три фазы, сдвинутые одна относительно другой на 120 градусов) они, по сути, должны взаимно компенсироваться;
  3. в реальности из-за перекоса фаз, вызванного неравномерностью распределения нагрузки, обратная составляющая тока через этот провод постоянно не равна нулю.

Его общая толщина в частности, согласно ПУЭ не должна быть менее половины сечения фазных шин. В противном случае из-за значительных по величине токовых нагрузок нередко проявляется такое неприятное явление, как «отгорание нуля». Именно поэтому в нейтральном проводнике не допускается устанавливать защитные приборы, приводящие к его обрыву при срабатывании в случае перегрузок.

Требования к защитному заземлению

Чтобы заземляющие установки выполняли свои функции, они должны соответствовать определенным параметрам и указаниям производителя оборудования.

Нюансы, которые влияют на функционал:

  • Сопротивление грунта из-за его физико-химических особенностей. Лучше всего проводит ток влажная глина, графитовая крошка, торф, солончаки или морская вода. Хуже – сухой песок или твердые породы – гранит, щебень, кварц, асфальт, бетон.
  • Площадь контакта заземлителя с почвой. Чем больше площадь, тем более благоприятные условия создаются для перетекания тока, тем быстрее это происходит. Увеличить площадь можно, установив большее количество электродов по контуру здания. В этом случае их соединяют вместе стальной пластиной в единое целое. Если увеличить размер одного электрода, общая площадь также увеличится. Увеличить площадь помогает установка вертикального металлического контура, если нижние слои грунта имеют большее сопротивление, чем поверхностные.

Поскольку добиться идеального сопротивления почвы трудно, устройства создаются исходя из ее характеристик. Для каждой электрической установки существуют свои нормы сопротивления заземлительных устройств. Например, для электрической подстанции с напряжением более 100 кВт сопротивление не должно быть больше 0,5 Ом, а для домашней сети с системой ТТ, а также применением автоматического отключения – до 500 Ом.

Необходимо обязательно обрабатывать сварные швы заземления от коррозии

Заземлители из металла не должны покрываться лакокрасочными материалами. Иногда в качестве заземляющего устройства используется подземная часть здания с металлическими конструкциями – электропроводящий бетон с арматурой внутри. Нельзя использовать газовые металлические трубы для решения проблемы заземления.

Согласно Правилам устройства электроустановок заземлению подлежат:

  • Сети, напряжение которых выше 380 В.
  • Особо опасные и наружные установки.

Части оборудования, подлежащие занулению и заземлению:

  • Корпуса электрического оборудования.
  • Вторичная трансформаторная обмотка.
  • Приводы электрических приборов.
  • Распределительные щиты, каркасы шкафов.
  • Металлические конструкции оборудования.
  • Железная оболочка кабеля.

Как работает заземление

Для начала разберемся, почему на корпусе стиральной машинки или другого электрооборудования появилось опасное напряжение. Всё достаточно просто – изоляция проводников по какой-то причине испортилась или повредилась и поврежденный участок касается металлического корпуса какой-то из деталей оборудования.

Если заземление или зануление электрооборудования отсутствует, то при касании человеком поврежденного прибора может возникнуть напряжение прикосновения (разность потенциалов на поверхности между точками касания). При нахождении рядом с поврежденным оборудованием может возникнуть шаговое напряжение (разность потенциалов между ступнями, соприкасающимися с землей). Напряжение прикосновения и шаговое напряжение могут иметь опасное для человека значение. Чтобы уменьшить их значение до безопасной величины, применяется защитное заземление.

Для человека опасны даже такие маленькие значения как 50 мА – такой ток может привести к фибрилляции желудочков сердца и смерти.

Так вот принцип работы заземления заключается в следующем: к заземлителю подключаются корпуса всех электроприборов, дополнительно устанавливается УЗО. В случае возникновения опасного напряжения на корпусе заземление всегда притягивает опасный потенциал к безопасному потенциалу земли и напряжение «стекает» на заземление.

Почему человека бьёт током

Рассмотрим две типовых ситуации, когда вас бьет током:

  1. Стиральная машинка исправно выполняла свою работы, а когда вы захотели её отключить – почувствовали, что её корпус «щипает» вас. Или еще хуже, когда вы к ней прикоснулись – вас серьезно «дёрнуло».
  2. Вы решили принять ванну, включили воду, взявшись за кран, вы почувствовали такое же действие электричества – пощипывание или сильный удар.

И та и другая ситуация решается подключением заземления к корпусам приборов и всех металлических частей в ванной комнате и установкой УЗО или дифференциального автомата на вводе электроэнергии в дом или на группу потребителей.

Ремонт

Если использовать ЗУ на протяжении длительного времени, отдельные узлы конструкции из металла могут быть поражены коррозией, а ее электрические параметры – частично отклониться от номинальных показателей. Это происходит потому, что разрушается защитное покрытие ЗУ, на которое оказывает негативное влияние грунтовая соль, влекущая за собой коррозийные разрушения металла.

В неисправном состоянии механизм становится непригодным к использованию, не способствуя снижению опасного потенциала конструкции по причине того, что пораженные ржавчиной места могут оказывать существенное сопротивление. Параллельно с этим может быть снижена утечка тока в почву, вследствие которой контур заземления постепенно теряет свои защитные свойства.

Любому специалисту в таком случае нужно сообщить, что механизм должен подвергнуться капитальному ремонту, в процессе которого будут заменены на новые детали все его пораженные части. Возможен и такой исход, согласно которому разрушенные элементы и места сварки восстановят без их предварительной замены. Для этого требуется выполнение следующих операций:

  • очистить все металлические части заземления от обнаруженных следов ржавчины с помощью химического вмешательства или наждачной бумаги;
  • эти же очищенные места обезжирить растворителем, предназначенным специально для таких целей;
  • после того как растворитель высохнет, поверхность металла покрыть слоем грунтовки ГФ-18;
  • подождать, пока грунтовка просохнет, и окрасить подготовленную поверхность черной эмалью с целью дальнейшей защиты.

Объясните назначение и принцип действия защитного заземления( со схемами)

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Рис.1 Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000В и выше

б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000В

1 – заземленное оборудование;

2 – заземлитель защитного заземления

3 – заземлитель рабочего заземления

rв и rо – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

Iв – ток замыкания на землю

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3…5см и стальные уголки размером от 40*60 до 60*60мм и длиной 2,5…,м.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономую. Недостатками естественных заземлителей является доступность их неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

Особенности, которые отличают рабочее заземление от защитного

Если говорить в общем, то следовало бы отметить такие отличительные особенности защитного и рабочего заземлений:

Защитным заземлением, в настоящий момент времени, называют преднамеренное электрическое соединение с землей, либо-же ее эквивалентом, в качестве которого, кстати говоря, могут выступать также и металлические нетоковедущие части. Последние, нередко оказываются под напряжением, которое возникает вследствие замыкания на корпус или по каким-то другим причинам. Главное предназначение защитного заземления, сводится к устранению поражения током, в том случае, если потребитель случайно прикоснется к корпусу электроустановки, а также к каким-либо другим, нетоковедущим металлическим частям, что оказались по напряжением в результате замыкания на корпус, к примеру

Защитное зазаемление

Рабочее заземление, в свою очередь, представляет собой преднамеренное соединение с землей сразу-же нескольких отдельных точек электрической цепи. В их качестве могут выступать нейтральные точки обмоток генераторов, а также разнообразных измерительных трансформаторов. В отличие от защитного заземления, рабочее предназначается для того, чтобы обеспечивать правильную работу электроустановок, причем вне зависимости от того, в каких условиях будут работать последние: в нормальных или аварийных. Осуществляется данная разновидность заземления непосредственное — то есть, путем соединения заземляемых частей вместе с так называемым заземлителем.

В некоторых, гораздо более редких случаях случаях, оно осуществляется также и с помощью специальных приспособлений: всевозможных пробивных предохранителей, резисторах и так далее.

В любом случае, следовало бы отметить, что вне зависимости от того, какой разновидности заземления вы отдали свое предпочтение, эффективным оно будет только в том случае, если ток замыкания на землю не будет увеличиваться в результате уменьшения сопротивления заземлителя.

https://youtube.com/watch?v=JFx04T73elU

Похожие записи:

Какой аналог есть для замены дрл 250? Ветровые электростанции Что такое трансформатор: устройство, принцип работы, схема и назначение Лампы для растений: какие бывают и для чего нужны Default ThumbnailРозетки и выключатели макел: обзор моделей Вертикальный ветрогенератор своими руками: как собрать ветряк с вертикальной осью вращения