Оглавление
Виды ЗУ
В роли заземляющих устройств могут быть использованы объекты как искусственного, так и естественного происхождения. Первые из них представлены:
- стальными обрезками труб и рельс;
- металлическими тросами и цепями;
- длинными стальными прутьями (диаметр – 1 см);
- стальными полосами или угловой сталью длиной не менее 2 метров;
- стальными трубами диаметром от 3 см.
Стоит заметить, что сопротивление заземляющих устройств можно определить, только проведя контрольные замеры. Если естественный элемент покажет приемлемый показатель значения R, то дополнительные конструкции не понадобятся. Естественные объекты представлены:
- оболочками свинцового кабеля;
- подземными трубами жилых помещений, которые соединяются с землей;
- железобетонным фундаментом, если вокруг влажный грунт (суглинок или глина);
- подземными трубами (исключением являются только теплотрассы и те, по которым транспортируют горючие материалы).
Бытовое заземление
Заземление ванны в квартире Большая часть несчастных случаев в бытовых условиях связана с касанием прибора, который имеет повреждение изоляции. Тело человека в данном случае является проводником тока. Электрические варочные плиты, стиральные и посудомоечные машины, радиаторы отопления, микроволновки, бойлеры, ПК, мойки для посуды – все это металлические конструкции, которые хорошо проводят ток и без заземления могут причинить вред здоровью.
Короткое замыкание – это соприкосновение фазного и нулевого провода в сети, что приводит к срабатыванию аварийной защиты и отключению прибора от питания. Чаще всего происходит не короткое замыкание, а утечка тока, который накапливается в корпусе бытового оборудования. Это может привести к поражению электричеством.
Для безопасности человека необходимо устанавливать розетки с заземляющими контактами. К розетке должен быть подведен трехжильный кабель. При двухжильной и трехжильной системе заземление оборудуется по-разному – от распределительной коробки или электрического щитка.
Типовые методики расчета
Для расчета защитного заземления потребуется заранее определиться со следующими исходными показателями:
- Размеры и общее число вбитых в грунт штырей из стали.
- Расстояние, оставляемое между ними (шаг установки).
- Глубина заложения прутьев.
- Удельное сопротивление самой почвы в месте обустройства ЗУ.
Помимо них важно учитывать геометрическую форму и материал заготовок, из которых сваривается система из заземлителей (либо это типовой стальной уголок, либо медная полоса и тому подобное). Согласно действующей нормативной документации (ПУЭ, в частности) минимальные размеры выбранных заготовок должны быть не менее:
Согласно действующей нормативной документации (ПУЭ, в частности) минимальные размеры выбранных заготовок должны быть не менее:
- полоса стальная с сечением не менее 100 мм2;
- стальной уголок со сторонами 4х4 мм;
- круглый стальной брусок сечением 16 мм2;
- металлическая труба диаметром 32 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм.
Минимальные размеры штырей или арматурных прутьев, используемых для изготовления системы ЗУ, выбирается из следующих соображений. Длина заготовок не может быть менее 1,5-2 метра. Расстояния между ними берется кратным длине каждого стержня. В зависимости от того, какая площадка выбирается для обустройства ЗУ, они устанавливаются либо в ряд один за другим, либо в виде квадрата или правильного треугольника. Согласно применяемой методике расчета основная его задача – определиться с числом стержней и параметрами соединяющей из полосы (ее длиной и толщиной).
Пример расчета элементов ЗУ
В качестве примера рассмотрим расчет сопротивления стеканию аварийного тока для вертикального стержня, взятого в единственном экземпляре (чертеж справа).
Чертеж вертикального заземлителя
Для его проведения потребуется знать следующие исходные данные:
ρ – удельное сопротивление грунта в этом месте (в Омах на·метр);
L – длина стержня в метрах;
d – его основной типоразмер (диаметр) в метрах;
Т – расстояние до середины прутка от поверхности в метрах.
Если учитывать величину, ограничивающую растекание тока для горизонтальных элементов ЗУ, то сопротивление для их вертикальных аналогов вычисляется по следующей формуле:
Формула расчета сопротивления растеканию тока для вертикальных заземлителей
В ситуации, когда заземляющее устройство обустраивается в неоднородном грунте (специалисты называют его двухслойным), удельное сопротивление рассчитывается так:
Формула расчета удельного сопротивления для неоднородного грунта
где – Ψ представляет собой сезонный коэффициент;
ρ1 и ρ2– удельные сопротивления различных слоев местного грунта (верхнего уровня и нижнего слоя соответственно), измеренные в Омах на·метр;
Н – толщина слоя, расположенного в верхней части грунта в метрах;
t – общее заглубление вертикальных элементов (глубина всей траншеи), равное примерно 0,7 метра.
Нужное число стержней (без учета горизонтальных компонентов) определяется следующим образом:
где Rн представляет собой нормируемое согласно ПТЭЭП сопротивление растеканию.
Если учитывать горизонтальные составляющие ЗУ, то формула для числа вертикальных штырей примет следующий вид:
где ηв – это коэффициент использования системы, указывающий на то, насколько сильно токи растекания от единичных элементов влияют друг на друга (при их различном расположении).
Именно поэтому при слишком близком их расположении общее сопротивление защитного контура существенно возрастает. Полученное после использование указанных формул число заземляющих элементов обычно округляется до большего значения. Расчет заземления по ним удается автоматизировать, если воспользоваться специально разработанной для этих целей программой «Электрик v.6.6». Скачать это ПО можно бесплатно на соответствующем сайте в Интернете.
Для чего необходимо заземление
Если энергоснабжение в помещении организовано в соответствии с ПУЭ, на входе, в распределительном щитке установлены защитные автоматы.
Эти выключатели срабатывают при превышении установленной силы тока: нагревается биметаллическая пластина, происходит ее деформация, и контакты автомата механически размыкаются.
Происходит разрыв цепи, находящейся под напряжением, электроустановка (или вся цепь) обесточивается, обеспечивая безопасность. Как это работает на практике, и что такое заземление в данной цепочке?
Заземление, это электрический контакт между линией, специально выделенной в электросети, и реальной (физической) землей. То есть шина заземления имеет электрический контакт с грунтом. Одновременно, любая установка, вырабатывающая или распределяющая электрический ток, соединена нулевым проводом с той же землей.
Даже если к вам в дом заведено три фазы (такое встречается в частном секторе), для конечного потребления все равно используется два провода: ноль и фаза.
Допустим, у вашей электроустановки (холодильник, бойлер, стиральная машина), особенно с металлическим корпусом, произошла утечка фазы. То есть, провод под напряжением касается корпуса (отсоединился контакт, нарушена изоляция, протекла вода). Прикоснувшись к электроприбору, вы будете поражены электрическим током. Кроме того, сопротивление в точке касания мизерное, вследствие чего произойдет мгновенный нагрев провода, и возгорание электроприбора.
Если ваш бойлер заземлен, электрический ток потечет по пути наименьшего сопротивления, то есть по контуру: фаза — «земля» — нулевая шина. Сила тока спонтанно возрастет, и сработает аварийное отключение в автомате защиты. Никто не пострадает, материальный ущерб не будет нанесен.
Если вы имеете поверхностные знания устройства электроустановок, возникает вопрос: а зачем нужно заземление, если то же самое произойдет между фазным и нулевым проводом? И собственно, чем отличается заземление от зануления?
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.
Замеры сопротивления контура заземления
Что следует знать касательно замеров? Имейте в виду, если вы при монтаже постоянно подливали водичку в приямок, все замеры следует повторить на следующий день, когда грунт просохнет.
Иначе высока вероятность погрешности.
Если вам не удалось добиться нормы, а все штыри израсходованы, попробуйте залить в лунку электропроводящий состав для заземляющих устройств. Специальный порошок растворяете с водой и заливаете по стенкам электродов в скважину.
Сверху засыпаете все грунтом и трамбуете почву. Через сутки состав плотно забьет все щели и увеличит плотность прилегания грунта к заземлителю.
В отдельных случаях удается уменьшить сопротивление почти в два раза от изначального!
Замеры с выдачей протокола делаются в обязательном порядке! При подключении дома к электросетям, у энергетиков сетевой компании начинается масса вопросов.
При каких-то нюансах могут вообще отказать. А если у вас будет чертеж схемы заземления и протокол измерения, многие вопросы отпадут сами собой.
Поэтому, когда говорят, что контур заземления можно выполнить полностью самостоятельно своими руками, немного лукавят. Стороннюю организацию или эл.лабораторию с измерительными приборами все таки придется вызывать.
Раньше основным прибором для замера сопротивления контура заземления был М416 и два штыря к нему.
Сегодня все большую популярность получают цифровые аналоги. Например, такие как ИС-10 или измеритель 2120ER.
Обычным мультиметром это не делается!
При проверке модульно-штыревого заземления один колышек забивается на расстоянии четырехкратном от глубины заземлителя, другой на двухкратном. На обычном контуре (треугольник, квадрат, линия), технология немного другая.
Имейте в виду, все замеры делаются летом, в период максимального просыхания грунта.
А теперь об ошибке, о которой многие даже не догадываются.
Через чур хорошее сопротивление, это такой же “косяк” монтажа, как и завышенное!
Оно должно быть на один порядок выше, чем сопротивление заземления на ТП. 
Не нужно делать его с “запасом” и радоваться при этом. В противном случае при подключении по системе TN-C-S, вся “дрянь”, включая токи КЗ на землю, будет стекать в первую очередь не через трансформаторную подстанцию, а через заземление вашего дома!
Ток ведь не дурак, он будет стремиться туда, где сопротивление меньше. Именно поэтому многие, после того как сделают идеальный заземляющий контур, подключают свой частный дом по системе ТТ.
Вы то откуда знаете, все ли в порядке на трансформаторе у энергопередающей компании? И когда они там в последний раз делали проверку своего контура?
Защита электроприборов
Для обеспечения требуемого уровня защиты при работе с электрическими приборами различного типа возможны следующие защитные меры:
- надежная защита открытых для общего доступа токоведущих частей;
- усиление защитной изоляции методом ее наращивания;
- ограничение доступности к корпусам оборудования.
Кроме того, для этих целей могут применяться пониженные напряжения (если это позволяют особенности конструкции).
Чтобы избежать нежелательных пробоев изоляции и попадания опасного напряжения на корпуса электроприборов используются следующие «классические» методы:
- Наличие защитного заземления.
- Система выравнивания потенциалов.
- Дополнительная (усиленная) изоляция токоведущих частей.
В отдельных случаях ограничение проявляется в том, что такие образцы электроаппаратуры не допускается эксплуатировать в особо опасных помещениях (влажных или с сильным запылением). Если наряду с заземлением применяются другие способы защиты работающих с приборами людей – они не должны взаимно исключать друг друга. Другими словами их действие не должно снижать эффективность уже имеющейся и работающей в этом месте защиты.
Применение элементов естественных заземлителей допускается только в ситуациях, когда исключена вероятность нанесения подземным конструкциям ощутимого ущерба, связанного с протеканием по ним аварийного тока.
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).
Что такое заземление, принцип действия и устройство
При создании электросети, в помещениях различного назначения, требуется создание защиты, которая предотвратит вероятное поражение током. Чтобы избежать этого выполняется устройство заземления. В соответствии с ПЭУ п.1.7.53 заземление выполняется в электрооборудовании с напряжением более 50 В переменного и 120 В постоянного тока.
Шина заземления от ГРЩ к потребителю
Заземление – намеренное соединение нетоковедущих металлических частей электроустановок (которые могут оказаться под напряжением) с землей или ее эквивалентом. Данная защитная мера предназначена для исключения вероятности поражения человека электротоком при замыкании на корпус оборудования.
Принцип действия
Принцип работы защитного заземления заключается в:
- снижении разности потенциалов, между заземляемым элементом и другими токопроводящими предметами с естественным заземлением, до безопасного значения;
- отвод тока в случае непосредственного контакта заземляемого оборудования с фазным проводом. В грамотно спроектированной электросети возникновение тока утечки вызывает мгновенное срабатывание устройства защитного отключения (УЗО).
Схемы заземления в трехфазных сетях
Из вышесказанного следует, что заземление имеет большую эффективность при использовании в комплексе с УЗО.
Устройство заземления
Конструкция системы заземления состоит из заземлителя (проводящая часть, которая имеет непосредственный контакт с землей) и проводника, обеспечивающего контакт между заземлителем и нетоковедущими элементами электрооборудования. Обычно в качестве заземлителя используется стальной или медный (очень редко) стержень, в промышленности это как правило, сложная система, состоящая из нескольких элементов специальной формы.
Эффективность системы заземления во многом определяется величиной сопротивления защитного устройства, которую можно уменьшить, повышая полезную площадь заземлителей или увеличивая проводимость среды, для чего задействуется несколько стержней, повышается уровень солей в земле и т.п.
Заземляющее устройство это…
Выше мы рассмотрели в общих чертах, что такое защитное заземление. Однако стоит упомянуть, что используемые в системе заземлители различаются на естественные и искусственные.
В качестве устройств заземления в первую очередь предпочтительнее использовать такие естественные заземлители, как:
- трубы водоснабжения, находящиеся в грунте;
- металлоконструкции зданий и сооружений, имеющие надежный контакт с землей;
- обсадные трубы артезианских скважин;
- металлические оболочки кабелей (исключение составляет алюминий).
Не пропустите: Покраска кафельной плитки. Какую краску использовать для окрашивания керамической плитки? Вариант использования трубы в качестве естественного заземлителя
Естественные заземлители должны иметь соединение с защитной системой из двух и более разных точек.
В роли искусственного заземлителя может использоваться:
- стальная труба с толщиной стенок 3,5 мм и диаметром 30÷50 мм и длиной порядка 2÷3 м;
- стальные полосы и уголки толщиной от 4 мм;
- стальные пруты длиной до 10 и более метров и диаметром от 10 мм.
Использование металлических полос в качестве искусственного заземлителя
Для агрессивных почв необходимо использование искусственных заземлителей с высокой устойчивостью к коррозии и изготовленных из меди, оцинкованного или омедненного металла. Итак, мы разобрались с тем, что является определением понятия искусственного и естественного заземлителя, теперь же рассмотрим, когда применяется заземление.
Предлагаемое видео наглядно объясняет, что такое защитное заземление:
ЧТО ТАКОЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Заземляющее устройство это конструкция, обеспечивающее электрический контакт заземляющих проводников с землей.
Работает оно следующим образом (рис.3).
Земля (то по чем мы ходим) способна поглотить практически любой заряд, но не сразу. При появлении на заземляющем устройстве потенциала отличного от нуля, возникает так называемый ток растекания.
То есть до нуля этот потенциал уменьшается на некотором расстоянии от заземлителя (10-20 метров). Таким образом на этом участке протекает ток (во все стороны от устройства заземления), величина которого определяется сопротивлением грунта.
Процесс этот достаточно сложный и простыми словами его описать тяжело. Но тем не менее для уяснения принципа работы заземления этого достаточно.
Сопротивление, оказываемое току растекания и является сопротивлением заземляющего устройства. Его величина нормируется ПУЭ и, в зависимости от требований к условиям эксплуатации и типу электроустановки лежит в пределах 4-60 Ом.
Кстати, лучше ориентироваться на минимальное значение.
Сопротивление току растекания помимо характеристик грунта, которые, кстати меняются в зависимости от погодных условий и времени года, зависит еще и от площади контакта заземлителя с грунтом и его материала.
Таким образом, в одном случае достаточно будет одного штыря, в другом – потребуется создание контура заземления из нескольких заземлителей. Кстати, такие заземлителя называют искусственными.
При определенных условиях можно использовать готовые строительные конструкции (естественные заземляющие устройства):
- арматуру фундаментов;
- трубы водопроводов и пр.
Только не надо путать магистральный водопровод и водопроводные трубы или трубы отопления в квартире.
Последние использовать в качестве заземления категорически запрещено. Если они и подключаются к заземлению, то только в составе системы уравнивания потенциалов.
В завершение – данный материал следует рассматривать как ознакомительный, преследующий цель дать понимание назначения, устройства и принципа работы системы заземления, но никак как пособие по его самостоятельному изготовлению.
* * *
2014-2021 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.
Выводы: Правила заземления
Радикальные методы решения проблем заземления:
- Используйте модули ввода.вывода только с гальванической развязкой
- Не применяйте длинных проводов от аналоговых датчиков
- Располагайте модули ввода в непосредственной близости к датчику, а сигнал передавайте в цифровой форме
- Используйте датчики с цифровым интерфейсом
- На открытой местности и при больших дистанциях используйте оптический кабель вместо медного
- Используйте только дифференциальные (не одиночные) входы модулей аналогового ввода
Еще советы:
- Используйте в пределах вашей системы автоматизации отдельную землю из медной шины, соединив её с шиной защитного заземления здания только в одной точке
- Аналоговую, цифровую и силовую землю системы соединяйте только в одной точке. Если этого сделать невозможно, используйте медную шину с большой площадью поперечного сечения для уменьшения сопротивления между разными точками подключения земель
- Следите, чтобы при монтаже системы заземления случайно не образовался замкнутый контур
- Не используйте по возможности землю как уровень отсчёта напряжения при передаче сигнала
- Если провод заземления не может быть коротким или если по конструктивным соображениям необходимо заземлить две части гальванически связанной системы в разных точках, то эти системы нужно разделить с помощью гальванической развязки
- Цепи, изолированные гальванически, нужно заземлять, чтобы избежать накопления статических зарядов
- Экспериментируйте и пользуйтесь приборами для оценки качества заземления. Допущенные ошибки не видны сразу
- Пытайтесь идентифицировать источник и приёмник помех, затем нарисуйте эквивалентную схему цепи передачи помехи с учётом паразитных ёмкостей и индуктивностей
- Пытайтесь выделить самую мощную помеху и в первую очередь защищайтесь от неё
- Цепи с существенно различающейся мощностью следует заземлять группами, в каждой группе – блоки с примерно равной мощностью
- Заземляющие проводники с большим током должны проходить отдельно от чувствительных проводников с малым измерительным сигналом
- Провод заземления должен быть по возможности прямым и коротким
- Не делайте полосу пропускания приёмника сигнала шире, чем это надо из соображений точности измерений
- Используйте экранированные кабели, экран заземляйте в одной точке со стороны источника сигнала на частотах ниже 1 МГц и в нескольких точках – на более высоких частотах
- Для особо чувствительных измерений используйте «плавающий» батарейный источник питания
- Самая «грязная» земля – от сетевого блока питания. Не совмещайте её с аналоговой землёй.
- Экраны должны быть изолированными, чтобы не появилось случайных замкнутых контуров, а также электрического контакта между экраном и землёй
