Какие бывают системы заземления

Какие бывают системы заземления

Заземление – специальное электрическое соединение конкретной точки сети, электрооборудования с заземляющим устройством. Электрики при помощи него добиваются защиты от опасного влияния тока путем снижения напряжения прикосновения до безопасного для живых организмов.

Также заземление используются для эксплуатации земли в качестве проводника (к примеру, в проводной электросвязи). Типовая система состоит из заземлителя, благодаря которому происходит прямой контакт с поверхностью, и заземляющего проводника. При проектировании, установке и использовании техники, оборудования и осветительных сетей одним из важнейших факторов обеспечения стабильной работы и безопасности является точный расчет и монтаж заземления.

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.

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.

Какие бывают системы заземления

Заземление – совокупность технических решений по соединению открытых металлических частей электрических устройств с землёй или специальным заземляющим контуром. На практике провод заземления выполняется в желто-зеленых тонах, один вывод которого имеет доступ к корпусу подключаемого оборудования.

Заземление бывает естественным, когда корпуса приборов соединяются непосредственно с трубами, стержнями и прочими расположенными в грунте металлическими предметами, и искусственное.

Первое при эксплуатации домашних и общественных электросетей запрещено нормативами ПУЭ.

Искусственное заземление осуществляется по специально выделенному сетевому проводу. Допускается не применять заземление при напряжении до 42 В переменного тока.

5 основных типов защитного заземления

В международной практике существует 5 основных типов защитного заземления электросетей:

1. TNC – Terre Neuter Combined (заземление с комбинированной нейтралью). Эта система все ещё встречается в старом жилфонде (отсутствует разделение идущего от генератора или трансформатора глухозаземлённой нейтрали PEN на заземляющий PE и рабочий ноль N). Используются двухжильные для однофазных и четырёхжильные для сетей с трёхфазным питанием.

В проектировании электросетей современных построек отказываются от применения TNC-системы, поскольку комбинированный ноль означает отсутствие полноценной защиты. При обрыве «нуля» на домашних устройствах может появиться электрический ток.

Правилами ПУЭ запрещают установку коммутационных устройств в разрывы РЕ- и PEN-проводников. Единственное преимущество TN-C – дешевизна и простота монтажа.

2. TN-S – Terre Neuter Separated (заземление с раздельной нейтралью). На всём протяжении от трансформатора пятижильный кабель идет с разделённой на рабочий «ноль» и «землю» нейтралью.

Остальные 3 провода – это фазы. Однофазная сеть проводится трёхжильным кабелем (фаза, нейтраль и «земля»). Очевидным недостатком являются высокие издержки и отсутствие унификации существующих электросетей.

Система TN-S — по надёжности самая передовая и безопасная конфигурация заземления , выполняющая функцию максимальной защиты электрооборудования и людей от поражения электричеством благодаря применению УЗО, дифавтоматов, автоматических выключателей и СУП.

Высокая степень безопасности в TN-S достигается полным размыканию цепи (нейтрали и фаз) при срабатывании, в то время как «земля» PE продолжает выполнять свои функции. Также она отличается отсутствием помех на линиях питания.

3. TN-C-S — Terra Neutrum Combined Separated (заземление с комбинированно-раздельной нейтралью) – провод заземления и рабочий ноль объединены до ввода в здание, где далее идет расщепление на проводники N и РЕ.

После разделения такая схема внутри дома фактически превращается в TN-S, монтируется по аналогичным принципам и обладает теми же достоинствами с той лишь разницей, что при обрыве PEN-проводника напряжение может оказаться на корпусах. По этой причине возникает необходимость дополнительной защиты PEN-проводника.

4. TT – Terra Terra (автономный контур заземления) — к данной конфигурации прибегают в случаях, когда применение систем TN-C, TN-S и TNCS не способно обеспечить надлежащую безопасность электросетей.

Такие ситуации возникают из-за аварийного состояния линии электропередач в удалённых населённых пунктах, во временных строениях и торговых металлических контейнерах.

Главный принцип этой системы заключается в отсутствии связи и в разделении защитного РЕ-проводника и рабочего ноля N, подключённого к заземлителю питающего трансформатора. Внутри строения создается шина для подключения корпусов электроприборов к внешнему заземлителю. Систему ТТ рекомендуется использовать с устройством УЗО.

Главное преимущество данного типа заземления заключается в полной независимости от аварии или обрыва защитного провода в линии питания, что гарантирует высокий уровень защиты. Главный минус же связан с высокими требованиями к автономному контуру заземления и характеристикам УЗО.

5. IT – Isolated Terra (изолированное заземление) — нейтраль от питающего трансформатора изолирована от земли или связана с ней через большое сопротивление.

Также предполагается обязательное наличие автономного контура заземления, с которым соединяются токопроводящие корпуса электроприборов. Величина тока утечки при однофазном замыкании на землю при таком соединении ничтожно и не представляет угрозы даже в аварийном режиме. Для повышения надежности также рекомендуется использование УЗО.

Данная схема системы заземления считается наиболее электробезопасной и применяется в лабораториях и медицинских учреждениях, в шахтах и горнодобывающих предприятиях, где используется чувствительная аппаратура. Реализация схемы IT в домашних электросетях и крупных предприятиях затруднительно, так как расширение сети увеличивают ток фазного замыкания и снижает безопасность.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное — жизнь человека.

Типы систем заземления

Для частного дома и квартиры подходят следующие типы заземления:

• TN;
• IT;
• TT.

У первой и самой распространенной системы TN есть подтипы — S и C S. Вообще, для расшифровки аббревиатур нужно понять несколько моментов.

1. По умолчанию, первая буква t говорит о принципе функционирования питающего источника.
2. Вторая буква — N, T или I — указывает на принцип заземления и защиту открытых элементов отводов. T прописывают, если контур заземлен, N — если зануление осуществляется подключением к нейтрали, а I — когда электрическое оборудование не имеет электрических контактов, то есть отвод изолирован. На картинке ниже вы увидите обозначение заземления и соответствующую схему.
3. В нынешних Госстандартах есть понятие нулевого заземляющего проводника. Он актуален для систем с напряжение до 1 кВ. Выделяют землю (PE), нулевой заземляющий проводник (N) и объединение земли с нулем (PEN).

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.