Защитное заземление, его цели и задачи

Защитное заземление, его цели и задачи

Устройство защитного заземления – способ, электротехнического присоединения защитного проводника с нетоковедущими корпусами электроустановок, подвергаемые действию токов короткого замыкания фазного электротока. Защитный контур, главной задачей которого, является предохранение нанесения электротравм, связанных, с пиковыми значениями тока при коротком замыкании.

Для понимания сути устройства, следует знать основные теоретические вопросы.

Функции и отличия

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.

Основная система уравнивания потенциалов.

Построение основной системы уравнивания потенциалов – создание эквипотенциальной зоны в пределах электроустановки с целью обеспечения безопасности персонала и самой электроустановки при срабатывании системы молниезащиты, заносе потенциала и коротких замыканиях.

Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

1 ) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;

2 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;

3 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;

4)металлические трубы коммуникаций , входящих в здание…

5 ) металлические части каркаса здания;

6 ) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….

7 ) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;

8 ) заземляющий проводник функционального ( рабочего ) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

9 ) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов. (ПУЭ п. 1.7.82)

Несоединенный с ГЗШ элемент конструкции, инженерной системы, независимой системы рабочего заземления ( FE ) и тд. – грубейшее нарушение целостности основной системы уравнивания потенциалов. Появление разности потенциалов ( возможность искры ) – угроза жизни персонала и безопасности объекта.

Примечание: разрядник, указанный на рисунке – специализированный искровой разрядник с малым напряжением срабатывания для систем уравнивания потенциалов. Например: серии «KFSU», «EXFS..» компании DEHN.

Система дополнительного уравнивания потенциалов

— должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток (ПУЭ п. 1.7.83).

Система дополнительного уравнивания потенциалов значительно улучшает уровень электробезопасности в помещении. Короткие проводники защитного заземления и уравнивания потенциалов, сведенные на шину, формируют эквипотенциальную зону по принципу аналогично основной системы уравнивания потенциалов.

Как видно из рисунков, схема электропитания претерпевает существенные изменения. Чрезвычайно важно обеспечить соединение контактов заземления розеток и клемм заземления стационарных приборов на шину дополнительного уравнивания потенциалов. При этом, даже если не будет выполнено соединение корпусов приборов с шиной ( безалаберная эксплуатация, особенно переносных приборов ) система сохранит свою эффективность по безопасности. Ситуация, когда земли розеток и приборов не подключены к шине, а сторонние проводящие части гарантированно соединены с шиной уравнивания потенциалов, в разы ухудшает электробезопасность в помещении даже по сравнению с классической схемой питания.

Сторонняя проводящая часть — проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки.

Если формально подходить к определению, то и металлическая дверная ручка и петли на деревянной двери в деревянном доме являются сторонними проводящими частями.

При формировании дополнительной системы уравнивания потенциалов возникает вопрос, что подключать, а что не подключать на шину дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы добиться необходимого уровня электробезопасности и не делать систему слишком громоздкой. Здесь, с точки зрения здравой логики, можно руководствоваться двумя принципами:

1. Фактическая ( потенциальная ) возможность связи с «землей».
2. Возможность появления потенциала на сторонней проводящей части при аварии электрооборудования в процессе эксплуатации.

Примеры сторонних проводящих частей подключаемых / не подключаемых к шине дополнительного уравнивания потенциалов:

Сторонняя проводящая часть

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.

Металлическая полка, закрепленная на стене из железобетона.

(потенциальная связь с «землей» за счет крепежа к стене)

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.

На полке расположен электроприбор.

(возможность появления потенциала при аварии прибора с классом изоляции I)

Металлическая тумбочка с резиновыми (пластиковыми) колесиками на бетонном полу.

Металлическая тумбочка с резиновыми колесиками на бетонном полу.

В помещении грязь и пыль в сочетании с повышенной влажностью.

(потенциальная связь с «землей» за счет загрязнения и повышенной влажности)

Некоторое количество вопросов с уравниванием потенциалов возникает по ванным и душевым помещениям. Современные требования и рекомендации по устройству системы дополнительного уравнивания потенциалов изложены в циркуляре № 23/2009.

Широкое применение пластиковых труб породило закономерный вопрос: является ли водопроводная вода сторонней проводящей частью и возможен ли занос потенциала через воду….

Ответ, содержащийся в циркуляре, несколько настораживает: « … Водопроводная вода нормального качества …не рассматривается как сторонняя проводящая часть . »

К сожалению, вода нормального качества из наших кранов течет не всегда и лучше перестраховаться, используя токопроводящие вставки на отводах от стояков водопровода подключив их к шине дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы не подключать отдельно каждый кран. Этот метод в качестве рекомендуемого описан в этом же циркуляре.

Практика выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Фактически наиболее распространены пять вариантов выполнения шин системы дополнительного уравнивания потенциалов:

Вариант 1. С использованием стандартных коробок уравнивания потенциалов ( КУП ).

Вариант 2. Стальная шина 4х40 ( 4х50 ) с приварными болтами опоясывающая помещение.

Вариант 3. Стальная шина, уложенная в стандартный пластиковый короб.

Вариант 4. Использование шины заземления в РЩ ( для небольших помещений ).

Вариант 5. С использованием специализированного щитка типа ЩРМ – ЩЗ

( встроенный щиток с шиной 100 мм 2 ( Cu ) со степенью защиты IP54 ).

Главные требования нормативов по устройству шины дополнительного уравнивания потенциалов содержат два требования:

— возможность осмотра соединения

— возможность индивидуального отключения

1. Длина проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющих контакты штепсельных розеток, сторонние проводящие части и корпуса электрооборудования не должна превышать 2,5 м.( ? ). Сечение 4 мм 2 Сu ( ПВ-1, ПВ-3 ). См. ПУЭ 1.7.82 рис. 1.7.7.
2. Для электроустановки здания, где применяются негорючие ( ВВГ нг –FRLS…) кабеля, следует с осторожностью использовать кабеля марки ПВ-1, ПВ-3 ( проводники уравнивания потенциалов от дополнительной системы уравнивания потенциалов до ГЗШ или щитовой шины заземления ). Данный тип кабеля, будучи уложенным вместе с негорючими кабелями, формально превращает всю систему в распространяющую горение. В большинстве случаев контролирующие органы относятся к этому спокойно, но в некоторых случаях стоит применить негорючие одножильные кабеля той же марки с нанесением соответствующей маркировки.
3. Для зданий детских дошкольных учреждений, больниц, специальных домах престарелых и тд. применяемые пластиковые короба должны иметь сертификат о не выделении токсичных веществ при горении. Тоже касается линолеума. Поставляемые в Россию короба Legrand, ABB … таких сертификатов не имеют. Как вариант — короба фирмы DKC в которых в качестве отбеливающего вещества используется мел и есть все необходимые сертификаты.

МЕД. ГОСТ Р 50571.28 п. 710.413.1.6.3 « Шина уравнивания потенциалов должны быть расположены в самом медицинском помещении или в непосредственной близости от него. В каждом распределительном шкафу или в непосредственной близости от него должны быть расположена шина системы дополнительного уравнивания потенциалов, к которой должны быть подключены проводники…»

Для учреждений здравоохранения в помещениях гр.1 и особенно в помещениях гр.2 (чистые помещения) удобно воспользоваться вариантом № 5, схема которого представлена на рисунке.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

• TN-S;
• TN-C;
• TNC-S;
• TT;
• IT.

Виды заземления — расшифровка названия:

• T — заземление;
• N — подсоединение проводника к нейтрали;
• I -изолирование;
• C — объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
• S — раздельное использование проводов.

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

Как действуют заземлители

Почему же ток уходит в землю по заземляющему контуру?

В качестве «подопытного» можно взять всё ту же стиральную машинку. Со временем любой провод может надломиться, потерять изоляцию или получить пробой на корпус из-за микротрещины. Рано или поздно ток начнёт попадать на металлическое основание прибора.

Если не трогать машинку, то человеку ничего не угрожает. Но стоит прикоснуться к корпусу, и, в случае отсутствия заземления, можно почувствовать всю мощь электричества на себе.

А всё дело в том, что несмотря на обувь и пол, человеческое тело имеет (хоть и малый) контакт с землёй. Следовательно, не имея заземляющего провода, ток будет проходить через человека и уходить в землю. А так как фазный провод имеет потенциал выше земельного, то тело становится отличным проводником с собственным сопротивлением. В итоге проходящий через нас ток вызывает те же физические свойства, что и в любом другом проводнике.

Наличие заземления, а для надёжности — еще и установка УЗО, заставляет опасный потенциал притягиваться к безопасному потенциалу земли. В результате напряжение перетекает прямо в заземлитель.

Людей, живущих в загородных домах, часто тревожит вопрос, обязательно ли устанавливать в своем жилище заземляющие устройства. ПУЭ (правила устройства электроустановок) помогут получить ответ на него. Этот документ содержит информацию о защитной мере, которая считается обязательной. Изготовление заземляющей конструкции в частных домах значительно проще, чем в многоквартирных городских строениях.

Для установки заземления на загородном участке нужно выбрать такое место, которое находится недалеко от дома, и разместить устройство с дальнейшим подведением медной шины. В условиях города это сделать практически невозможно. Строительные нормативы не предусматривают надежных заземлителей около дома.

В таком случае нужно пользоваться заземлением, которое находится на питающих подстанциях на достаточной удаленности от жилых построек.

Основные характеристики ЗУ

Основным показателем эффективности действия любого контура является величина сопротивления защитного заземления (Rз). Она представляет собой сумму переходных сопротивлений всех элементов конструкции ЗУ, включая контакты заземлителя с грунтом и подводящими шинами (проводниками).

Для практического определения величины этого показателя можно воспользоваться известным из школьной программы законом Ома. Согласно ему, Rз вычисляется как отношение напряжения в точке подключения медного отводящего проводника к корпусу защищаемого устройства к протекающему по всей заземляющей цепочке аварийному току.

Из этого определения следует, что для повышения эффективности действия любой заземляющей конструкции необходимо свести к минимуму сопротивление стеканию тока в почву.

Рассматриваемый нами показатель (величина Rз) в значительной мере зависит от следующих параметров:

• Сопротивление грунта в месте растекания аварийного тока;
• Конструкция заземлителя и его типоразмер;
• Характеристики заземляющего устройства, определяемые взаимным расположением его элементов.

Помимо этого, данный показатель непостоянен во времени и изменяет свою величину в зависимости от сезона. Так, наибольшего значения он достигает при сильном промерзании грунта зимой или в засушливую летнюю пору. Нормированная ПУЭ величина переходного сопротивления для большинства промышленных и жилых объектов, включая загородные дома и дачные подсобные строения, не должна превышать 4 Ом (смотрите таблицу ниже).

Дополнительная информация. Для ряда специально оговоренных в ПУЭ случаев максимально допустимые значения этого показателя должны соответствовать приведённым в таблице данным.

Исходя из этого, в технической документации оговаривается допустимое значение для напряжения прикосновения, не превышающее показатель в 40 Вольт.

В заключение – несколько слов о том, как можно снизить сопротивление ЗУ в обычных условиях эксплуатации этих конструкций. Специалисты советуют выбирать под их размещение влажные суглинистые почвы с большим содержанием солей. При невозможности подобрать подходящее для контура место следует искусственно повышать его проводимость за счёт добавлении минеральных солей в жидком растворе.