Понятие и принцип действия защитного заземления

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.

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.

Пример рабочего заземления – молниеотвод, который присоединен к электродам. Особенно актуально в генераторах, трансформаторах.

Защитное заземление: его назначение и устройство

В первую очередь, прямым назначением заземления считается ликвидация опасной ситуации в связи с пробоями электрического тока, которые могут нанести поражения человеку и бытовому оборудованию, и влекут за собой плачевные последствия. Также приспособление предупреждает выход напряжения на корпус электрического оборудования.

Присутствие заземления в доме характеризуется следующими весьма определенными преимуществами:

• данный вариант контура очень простой в монтаже и дальнейшей эксплуатации;
• контурная фигура в итоге получается компактной с маленькими габаритами, при этом отлично справляется с поставленными задачами;
• все использованные детали устойчивы к коррозии, следовательно, не может быть и речи о механическом повреждении целостности конструкции;
• соединение электродов выполняется крепежными деталями, в следствие чего обходятся без сварочных швов.

Важно! Ни в коем случае не пренебрегайте преимуществами, они играют первоочередную роль в установке контура защитного заземления.

Устройство защитного контура выполнено следующим образом: металлические части любого электрического оборудования соединяются специальными проводниками с грунтом, эти детали элементарно попадают под напряжение, когда нарушается изоляция проводки или происходит короткое замыкание. Устранение напряжения и снижение его до нормальных величин, не наносящих вред, происходит в момент уменьшения потенциала приборов, которые заземлены. Иными словами, происходит выравнивание того же потенциала за счет подъема сопротивления основания прибора.

Отличие рабочего заземления от защитного

Рабочее заземление. Принцип работы – это выполнение соединения с землей несколько отдельно стоящих объектов электросхемы здания. Это могут быть нейтраль обмотки генератора, и других различных устройств.

Оно предназначено для обеспечения правильной работы электроустановки, независимо от условий его применения. Осуществление этого вида защиты происходит, непосредственно соединяя заземляемые корпуса электроустановок с заземлителями.

Достаточно редко, рабочее заземление может проводиться с помощью специализированных приспособлений – это могут быть пробивные предохранители, резисторы.

Защитное зануление и заземление, как указывалось выше, выполнение работ по электрическому соединению с металлическими нетоковедущими частями устройств. При этом основной работой защитного контура, является предохранение нанесения электротравм при касании человеком корпуса оборудования, потому, что ток с него отводится на заземляющий контур, сопротивление которого меньше чем сопротивление человеческого тела.

Поэтому отличием этих двух защитных устройств, является принцип их работы. Если рабочее уравнивает потенциалы, то защитное отводит ток на заземляющий контур, как правило, по глухозаземленной нейтрали.

Но при оснащении своего помещения любым из видов защиты, наибольшая эффективность работы, будет достигаться при условии, что токи короткого замыкания не будут увеличиваться в связи с уменьшением уровня сопротивления заземлителя.

Еще о чем следует помнить. Ни один заземляющий контур не сможет выполнить работу автоматов отключения тока и устройства защитного отключения при утечках тока. А также эти приборы, не смогут выполнить свою работу надежно, без защитного заземления.

Монтаж защитного заземления своими руками

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.

Следующий этап – проводом (лучше голым) соединяем сделанный заземляющий контур с заземляющей шиной в электрическом распределительном щите дома или бани. Сечение провода лучше взять 16 мм 2 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 .

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

• TN-C;
• TN-S;
• TNC-S;
• TT.

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

• заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
• внешние проводящие части устройства;
• проводник нейтрального типа;
• совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название — Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

• возрастает вероятность получения удара током;
• возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
• высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
• такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 — это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

1. PN — нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
2. PE — глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

• легкость монтажа;
• низкая стоимость покупки и содержания системы;
• высокая степень электробезопасности;
• не требуется создание контура;
• возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

• простое устройство защитного механизма от попадания молний;
• наличие защиты от короткого замыкания.

• слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
• возможность появления фазного напряжения;
• высокая стоимость монтажа и содержания;
• напряжение не может быть отключено автоматикой;
• отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

• 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
• 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.

• высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
• защита от КЗ;
• возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

• сложное устройство защиты от молний;
• невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.

Состав заземлителей

Классическое ЗУ представляет собой конструкцию, состоящую из металлического заземлителя и целого набора медных жил, соединяющих с ним защищаемые части оборудования. По своему непосредственному назначению и способу обустройства все известные ЗУ делятся на искусственные и естественные.

Для организации защитного заземления действующего оборудования, прежде всего, рекомендуется выбирать естественные заземлители, функцию которых могут выполнять:

• Проложенные глубоко под землёй водопроводные трубы (смотрите фото ниже);

• Имеющие надежный контакт с землей металлоконструкции (включая элементы зданий и сооружений);
• Металлизированные и стальные оболочки проложенных в грунте кабельных линий (помимо алюминиевых защитных покрытий);
• Элементы артезианских скважин (обсадные трубы, в частности).

Обратите внимание! Категорически запрещается выбирать для заземления трубные элементы тепловых магистралей и трубопроводы с горючими жидкими материалами и газами.

Также важно отметить, что такие конструкции присоединяются к заземляющим элементам не менее чем в 2-х разных точках.

В качестве искусственно сооружаемых заземляющих приспособлений обычно применяются следующие металлические заготовки:

• Стальные трубные отрезки, имеющие толщину стенок порядка 3-3,5 мм (диаметр – около 3-5 см и длину – 2-3 метра);
• Полоски из того же материала толщиной примерно 4 мм;
• Уголки стальные той же толщины;
• Стальные прутки диаметром не менее 1 см (длиной до 10 метров).

В качестве материала для заземлителей, размещаемых в кислотных и щелочных почвах с угрозой их сильного коррозийного разрушения, рекомендуется применять чистую медь (или оцинкованную сталь).

Заземляем сами

При прокладке заземляющего контура защиты в первую очередь необходимо выбрать тип схемы, по которой будут вестись работы. Опытные мастера рекомендуют выбирать схему типа TN-C-S. Её основное преимущество заключается в том, что оборудование имеет непосредственный контакт с землей. Контакт нейтрали и земли ведется одним проводником, а на входе в щиток разделяются на 2 отдельных. Данная схема обеспечивает надежную защиту, поэтому устанавливать УЗО нет необходимости, достаточно лишь простых автоматов. Однако согласно ПУЭ обязательно выполнить требования по механической защите общего контакта нейтрали и земли (PEN), а также создать дополнительное резервное заземление на опорах на расстоянии 200 м или 100 м.

Создать контур защитного заземления достаточно просто, если руководствоваться правилами перечисленными ниже. В первую очередь для создания контура необходимо выбрать схему защитного заземления, их существует несколько видов, самые надежные и удачные:

• замкнутая (выполняется, как правило, по форме треугольника);
• линейная.

В замкнутой схеме все заземляющие проводники вкопаны в землю, находятся на одной глубине и соединены между собой металлической перемычкой. Основное преимущество — работоспособность в случае разрыва (от коррозии или других воздействий) металлической перемычки.

В линейной же схеме проводники выстроены в одну линию и соединены перемычкой последовательно друг с другом. Данная схема чуть более проста в создании, но имеет недостаток — при повреждении перемычки из строя выходит вся система.

Создание контура заземления

Итак, для создания контура заземления нам понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Лопата.
• Сварочный аппарат (обязателен).
• Пила по металлу или болгарка.
• Кувалда.
• Пассатижи, гаечные ключи.
• Металлический уголок/швеллер/П-образный профиль из нержавеющий стали длиной от двух метров (с площадью поперечного сечения ДО 150 мм²).
• Металлические полоски длиной от 110 см, шириной 4 см, толщиной 4–5 мм.
• Металлическая полоса необходимой длины (от места залегания до места контакта с домом), ширина 4 см, толщина 4–5 мм.
• Крупные болты, гайки и шайбы (М8-М10).
• Провод из меди с толщиной не менее 6 мм².

После того как все необходимое имеется в наличии можно приступать к монтажу защитного заземления. В первую очередь следует выбрать место, лучше всего выбрать такой участок земли, где редко находятся люди или животное, так как во время отвода электричества в почву может произойти поражение электрическим током. Лучше всего выбрать место на границе участка, на максимальном удалении от зоны постоянного посещения.

После чего необходимо выкопать узкую траншею глубиной 60–70 см от места контакта с домом до места отвода электричества. В месте отвода электричества необходимо выкопать соответствующую фигуру (в зависимости от выбранной схеме) со сторонами

1.2 м между проводниками.

Затем в каждом углу фигуры (у нас это треугольник) — вкапываются металлические уголки в землю на глубину 2 м и больше. К торчащим концам вкопанных проводников привариваются заготовленные заранее металлические пластины, к одному концу которой приваривается полоса-проводник, идущая непосредственно к месту контакта заземления с домом.

В месте контакта заземления к этой пластине монтируется провод из меди, который уже выходит из под земли и выводится в электрощиток.

После выполнения этих работ траншеи обратно закапываются. На данном этапе работы по защитному заземлению можно считать законченными.