Виды заземления, его типы, системы и подсистемы

Виды заземления, его типы, системы и подсистемы

Когда преднамеренно создается электрическое соединение оборудования, электроустановки или любой точки электросети с заземляющим устройством, это называется заземлением. Создается такое соединение с защитной целью — чтобы уменьшить до безвредного уровня напряжение прикосновения для человеческого организма и животного. С помощью заземления не только защищаются от поражения током, а и пользуются землей как природным проводником электрического тока, к примеру, в проводной электросвязи.

Все внешние части электротехники из металла вместе с каркасами должны быть заземлены. Человек может попасть под напряжение и пострадать в момент контакта с оборванными проводами или при повреждении изоляции оборудования. Чтобы избежать такой участи, потребуется защитное заземление:

• отводящее ток утечки при прикосновении заземляемого проводящего объекта с проводом-фазой (в идеале ток утечки должен спровоцировать немедленное срабатывание УЗО);
• снижающее до безопасного уровня разность потенциалов между проводящим объектом заземления и другими токопроводящими предметами, которые обладают естественным заземлением;
• инициирующее срабатывание предохранителя, когда фаза попадает на заземленную поверхность (актуально для систем с глухозаземленной нейтралью).

Помните, что наивысшая эффективность заземления достигается вместе с устройствами защитного отключения. УЗО сработает за доли секунды, отключит неисправный участок цепи и не допустит опасного превышения потенциала заземленного предмета при пробое изоляции.

Устройства заземления и их виды

Одним из главных элементов электрических сетей является заземление.

Профессиональное определение заземления гласит, что это преднамеренное электросоединение сети, оборудования или электроустановки с заземляющим устройством, которое позволяет обеспечить защиту человека и животных от опасных токов прикосновения, снижающихся заземлением.

В простых словах, это проводник, соединённый с одной стороны с частями оборудования, которые не должны находиться под напряжением, а с другой — с элементом, выполняющим функцию заземлителя. В случае когда корпус непредвиденно попадает под напряжение, такая система отводит токи в землю, а прикоснувшийся к прибору человек не получит повреждений.

В зависимости от назначения, существуют два вида контуров заземления: защитный и рабочий. Каждый из них несёт определённую функцию. Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током. Рабочее же обеспечивает безопасное функционирование оборудования, хотя в некоторых случаях способно выполнять роль защитного.

Заземлитель чаще выполняется из трёх железных прутов, полностью вбитых в почву и соединенных между собой металлическими полосами, в виде треугольника с равными сторонами. А чтобы от заземлителя не приходилось тянуть заземляющий проводник к каждой установке, используют аналогичные полосы, выполняющие роль шины, которая проходит по всему зданию или сооружению — уже от неё можно подключать заземления к оборудованию.

От шины до потребителя проходит проводник, значительно меньший по сечению, нежели рабочие кабели, и маркированный жёлтым или жёлто-зелёным цветом. Он подключается к корпусам электроустановок или к клеммам, которые впоследствии будут соединены через вилку с заземляющим проводом электроприбора.

Защитный заземляющий контур

В случае пробоя защитное заземление вполне способно выполнить роль рабочего, а также может спасти оборудование при попадании молнии — естественно, если существует громоотвод. Однако основная задача защитного контура заключается всё же в защите людей от повреждения электрическим током.

Рабочее, или функциональное заземление

Рабочее заземление часто называют функциональным, и предназначено оно в первую очередь для защиты и сохранения работоспособности оборудования. Преимущественно оно используется для трёхфазных сетей и рассчитано на понижение напряжения до безопасных величин в случае пробоя на корпус. Это позволяет сохранить оборудование и приборы, не нарушив их функциональность.

Если таким образом заземлено оборудование с напряжением до 1 кВ, то необходимо использовать изолированную нейтраль. Если значение напряжения выше 1 кВ, то нейтраль допускается любая.

При необходимости функциональное заземление способно выполнять роль защитного. Таким образом, при правильно работающем заземлении ток или напряжение становятся безопасными для человеческой жизни.

Отличие рабочего заземления от защитного

Рабочее и защитное заземление по правилам техники безопасности не должно совмещаться водной схеме. При атмосферных разрядах электрические приборы могут повредиться, при этом защитное заземление не сработает.

В схеме функционального (рабочего) заземления все токонесущие конструкции соединяются с электродами, установленными в грунте. Для корректной работы рабочего заземления используются также предохранители, которые принимают напряжение на себя и выходят из строя.

Рабочее заземление оборудуется в том случае, если к приборам прилагается указание производителя и требования, которые защищают данное устройство.

К защитному заземляющему устройству предъявляется больше требований, так как оно имеет более важные задачи: сохранение жизни людей.

Самое надежное заземление предусмотрено в схеме электросети дома. Кабели, которые подходят к каждой розетке, должны быть трехжильными. Третья жила соединяется с землей и отводит статическое электричество, а также предотвращает короткие замыкания и попадание молнии внутрь здания.

Отличия

Определить разницу в этих заземляющих устройствах не посвященному довольно сложно. Оба вида защиты используют одинаковые защитные устройства. Т.е. они выполняются по единой методике. Разница заключается в их назначении.

Отличие рабочего от защитного заземления заключаются в следующем:

• Рабочее ЗУ обеспечивает защиту оборудования и приборов, подключенных к электрическим сетям от выхода из строя.
• Для этого допускается использовать грозозащиту и системы выравнивания потенциалов, подключенных к местному контуру.
• Оно не предназначено для защиты людей от поражений электрическим током.

Защитное заземление к работе оборудования никакого отношения не имеет. Оно служит для обеспечения безопасности работающего персонала. Характерной особенностью является то, что все металлические детали корпусов, шкафов, щитов учета на опоре и т.п. должны быть заземлены.

Заземлителями могут быть искусственно созданные конструкции или проложенные в земле трубы, экраны кабелей, на ЖД для этого можно использовать рельсы и т.п. Кроме трубопроводов транспортируемых взрывоопасные газы и жидкости. Для обеспечения работоспособности оборудования применяют рабочее зануление.

Оборудование и его части, подлежащие обязательному занулению или заземлению:

1. Электроприводы электрических аппаратов.
2. Корпуса электрических машин, асинхронных двигателей, понижающих трансформаторов, технологического оборудования и т.д.
3. Испытательные установки, обмотки измерительных преобразователей.
4. Металлические остовы и корпуса передвижных электроприемников, таких как краны, тельферы и т.д.
5. Все открытые части работающего в данный момент оборудования.

Если невозможно осуществить подключение оборудования к занулению или заземлению, согласно требованию ПУЭ, применяют электроприемники на пониженное напряжение 42 Вольта. Например, для подключения механизмов в помещениях с повышенной опасностью, например, в шахте.

Одновременное применение и общие правила

Электроустановка не будет достаточно защищена, если ее оборудовать лишь одним заземлением. Заземлителей обязательно должно быть несколько, так как грунт — это нелинейный проводник.

Электрическое сопротивление почвы во многом зависит от величины напряжения и от площади контакта с прутьями:

1. Если использовать только один заземлитель, то площадь контакта будет небольшой. Ее не хватит для того, чтобы работа электрической установки была бесперебойной.
2. Если будет установлено по меньшей мере два заземлителя на достаточном расстоянии друг от друга, то действовать они будут эффективно. Лучше всего устанавливать их на расстоянии от 1 до 2 м.

Важно соблюдать правила ПУЭ, согласно которым:

1. Запрещено применять в качестве заземлителей элементы трубопровода, независимо от предназначения последнего.
2. Нельзя выводить кабель наружу и присоединять его к плохо подготовленной контактной площадке на шине. Дело в том, что любой металл обладает определенным потенциалом. Под влиянием различных факторов окружающей среды начинает образовываться гальваническая пара, а это приводит к коррозии.
3. Нельзя поочередно заземлять несколько электрических установок друг с другом.

Также нужно помнить: кабель должен быть только один на одну контактную площадку шины. Если правила не будут соблюдены, то при ЧП одна установка будет препятствовать нормальному функционированию другой.

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).

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);

• 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.

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.

Важно! Образование последовательной цепочки, состоящей из нескольких образцов заземляемого оборудования, правилами ПУЭ категорически запрещено.

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

Заключение

Рабочее ЗУ и зануление предназначено для корректной работы оборудования в электроустановках в различных режимах. Оно не предназначено для обеспечения безопасности людей.

Защитное заземление и зануление используется для защиты человека от поражения электрическим током при аварийных ситуациях. Когда на корпусе возникает опасное напряжение, происходит защитное отключение напряжения. Кроме этого, происходит уравнивание потенциалов. В результате чего уменьшается вероятность поражения человека шаговым напряжением.