Какие существуют системы заземления

Сигнальная земля

Это наиболее частое название и, по сути, определение базисного узла цепей на печатной плате. Как правило, сигнальная земля физически изготавливается на слое заземления, там, где ток возврата встречает малое сопротивление при возвращении к источнику тока (см. рисунок 9)

Это важно, в противном случае различные «земли» на плате могут иметь разные потенциалы (потенциал базисного узла не везде одинаков), и это может стать причиной неисправности схемы или сказаться на ее сроке службы

Рисунок 9. Видите сплошную область красного цвета на этом чертеже печатной платы?
Это проводящий слой цепи возврата тока (сигнальная земля) всех ее компонентов

Для чего нужно в доме

Электричество является неотъемлемой частью быта человека. Оно обеспечивает нам комфортную жизнь и облегчает выполнение множества дел. Но к нему нельзя относиться слишком халатно, так как поражение электрическим током может иметь серьёзные последствия

Электротравмы могут возникать не только из-за незнания и неосторожности, но и из-за неисправности электроприборов. В таких случаях металлический корпус может оказаться под напряжением и при прикосновении к нему человек может серьёзно пострадать

Поэтому необходимо обратить внимание на ваше заземление в частном доме и квартире, чтобы уберечь себя от травмы

Классификация электроустановок по мерам электробезопасности.

Именно для предотвращения таких ситуаций существуют специальные правила по электробезопасности, которые предусматривают защитные меры. К ним относится заземление. Оно подключается в качестве дополнительного проводника в действующую электропроводку и соединяется с заземлителем, который монтируется в грунт. По этому контуру в аварийных ситуациях и будет отводиться в землю электрический ток.

Для чего нужно заземление в доме.

Согласно правилам устройства электроустановок обязательно должно заземляться любое электрооборудование напряжением 50 В в сети с переменным током и 120 В с постоянным. В случае установки оборудования в помещениях повышенной опасности заземление потребуется и при более низких напряжениях. После повреждения изоляции оборудования, например стиральной машинки ее корпус окажется под напряжением, что безусловно несет опасность для того кто к ней будет прикасаться. Однако если корпус будет заземлен (в доме имеется заземление) напряжение прикосновения за счет стекания тока в землю будет снижено до безопасной величины. Человек, который дотронется к ст. машинке почувствует лишь легкое пощипывание.

При грамотно налаженной защите появление фазного напряжения на заземленном корпусе любого прибора должно приводить к отключение автоматического выключателя или УЗО в электрощите. Таким образом, заземление позволяет отключить электроприбор от сети при возникновении неисправностей опасных для человека.

Рассмотрим отличие защитного от других заземлений, таких как рабочее и для молниезащиты

1. При рабочем заземленииотдельные точки электрической цепи преднамеренно соединяются с землей. Это могут быть нейтральные точки в обмотках генераторов, дугогасящих аппаратах, измерительных и силовых трансформаторах. При нем проводник соединяется непосредственно с заземлителем.Заземление для молниезащитыотводит в землю токи молний, попадающие в разрядники и молниеприемники путем преднамеренного соединения их с землей.

При действии защитного заземления понижаются напряжения шага и прикосновения при замыкании на корпус. Для этого уменьшается потенциал заземленного оборудования за счет уменьшения сопротивления. При отсутствии заземления корпуса электроустановки, прикосновение к нему становится опасным, как и в случае прикосновения к фазному проводу.

В случае заземления электроустановкипроисходит уменьшение напряжения корпуса относительно земли.

Напряжение корпуса относительно земли уменьшается за счет уменьшения значения сопротивления на заземлителе.

Соответственно уменьшаются напряжение при касании и ток, проходящий через тело человека.Эффект от заземления будет лишь тогда, когда ток Iз не возрастает при уменьшении сопротивления. Это условие наиболее подходит для сетей с изолированной нейтралью. Токи замыкания в данном случае определяются значением сопротивления изоляции провода относительно земли.Если в сетях переменного тока имеется заземленная нейтраль, то применять защитное заземление, как основную защиту нецелесообразно, так как в данном случае оно не дает нужного эффекта.

Любое заземление имеет в своем составе заземляющее устройство, которое, в свою очередь, состоит из заземлителя и проводов.

Типы устройств обусловлены местом их размещения относительно заземляемых электроустановок. Они подразделяются на выносные и контурные.При выносном устройстве, заземлитель выносится за границу площади, где размещается заземляемое оборудование. Такое заземление еще называют сосредоточенным, так как оно может быть сгруппировано на какой-то отдельной части площадки.

Недостатком этого типа защитного заземления является удаленность заземлителя от оборудования. Также при значительных расстояниях до заземлителя наблюдается существенный рост сопротивления во всем заземляющем устройстве из-за большого сопротивления в проводнике.

В качестве достоинства можно отметить широкий выбор для размещения электродов с минимальным сопротивлением грунта.Контурное заземляющее устройство отличается размещением электродов заземлителя по периметру площадки с заземляемым оборудованием. Электроды могут размещаться и внутри площадки. Распределение электродов производится равномерно.Главная> Электробезопасность> Защитное заземление: принцип работы и схемыСодержание1Принцип работы2Схемы подключения3Виды4Видео про заземлениеС помощью создания электрического соединения металлических конструкций промышленного и бытового оборудования с землей повышают безопасность в процессе его эксплуатации.

Такой метод используется для предотвращения поражения человека электрическим током при возникновении аварийных ситуаций.На рисунке ниже отображены основные принципы функционирования защитной системы.Даже при использовании качественных автоматических устройств, скорость их отключения будет недостаточной, чтобы полностью исключить возможность поражения человека электрическим током. При наличии заземления будет образована цепь с меньшим сопротивлением. Это снизит вредные воздействия на организм человека до безопасного уровня.Защитное заземление – необходимый элемент безопасности, предотвращающий поражение электротоком

Как определить сопротивление петли «фаза-нуль»

Требования, содержащиеся в правилах ПТЭЭП, предписывают постоянный контроль состояния ЗУ, обеспечивающих безопасность эксплуатации бытового и промышленного электрооборудования. Согласно этим нормативам в системах до 1000 Вольт с заземленной наглухо нейтралью они обязательно проверяются на одиночное фазное замыкание. Используемые методики испытаний, прежде всего, опираются на техническую базу, представленную образцами измерительных приборов специального назначения.

Измерительная аппаратура

Для проверки сопротивления контурной цепочки замыкания «фаза нуль» традиционно применяются электронные приборы, отличающиеся малой погрешностью измерений. К наиболее известным образцам измерительной техники этого класса относят:

• Измерители марок М 417 и MSC 300, позволяющие определять проводимость контролируемых цепей (на основании полученных результатов токи КЗ в грунт вычисляются по специальным формулам).
• Прибор ЭКО-200, предназначенный исключительно для определения токов КЗ. Устройство ЭКЗ-01, используемое точно так же как и ЭКО-200.
• Измерительный прибор марки ИФН-200.

М417 допускается применять при организации и проведении измерений в трехфазных цепях с заземленным наглухо нулем (в этом случае снятия питающего напряжения не требуется). В ходе испытаний используется метод падения напряжения при размыкании контролируемой цепи на время порядка 0,3 секунды. К неудобствам работы с этим прибором относят обязательность его калибровки перед началом каждого нового измерения.

Измеритель сопротивления цепи фаза-нуль марки М 417

Изделие MSC300 – это более совершенное техническое устройство, оснащенное сложной электронной начинкой в виде современных микропроцессорных чипов. При работе с этим прибором применяется метод снижения потенциала при включении в измеряемую цепь сопротивления величиной 10 Ом. Рабочее напряжение варьируется в границах от 180 до 250 Вольт, а время замера искомого параметра составляет около 0,03 секунды. При проведении замеров он подсоединяется к контролируемой линии в самой удаленной точке, а для начала работы с ним потребуется нажать кнопку «Старт». С результатами измерений можно ознакомиться после вывода их на встроенный цифровой дисплей.

MZC-300 измеритель параметров сетей электропитания зданий и сооружений

В ситуации, когда в распоряжении пользователя не оказалось ни одного образца специальной измерительной техники – для практического определения сопротивления петли «фаза-нуль» могут применяться типовые вольтметр и амперметр. Требуемый результат находится по простейшей формуле, знакомой многим еще по школьному курсу физики.

Принцип работы

Контур заземления функционирует за счет способности грунта поглощать электрический заряд. Если корпус оборудования в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, то заряд будет стекать в землю. Когда пользователь коснется корпуса, ток все равно будет двигаться по пути наименьшего сопротивления, то есть через заземление, а не через тело человека. Не будь заземления, в подобной ситуации пользователь получил бы электротравму. Условием нормального функционирования заземления является низкое сопротивление заземлителя.

Эта величина зависит от параметров грунта:

• плотность;
• влажность;
• соленость;
• площадь контакта с заземлителем.

Способность грунта впитывать заряд сильно падает при замерзании. Поэтому штыри заземлителя вбивают на глубину ниже отметки промерзания, зависящей от широты местности. Данные о глубине промерзания грунта для разных регионов Российской Федерации приведены в СНиП «Строительная климатология».

Кабель заземления.

На каменистых, песчаных и вечномерзлых грунтах, в которые сложно заглубиться, применяют электролитические заземлители из Г-образной перфорированной трубы. Внутри содержится реагент, формирующий соленую среду. Последняя характеризуется высокой проводимостью и низкой температурой замерзания. Длинную часть заземлителя закапывают в неглубокую траншею, короткую выводят на поверхность.

Будет интересно Что такое шаговое напряжение и чем оно опасно

Другой современный вариант заземлителя — модульный. Состоит из множества секций, соединяемых резьбовым или иным способом. По мере забивания в грунт навинчиваются все новые и новые секции. Так что такой заземлитель, в отличие от классического из нескольких штырей, можно установить на любую глубину. Соединяют секции по особым правилам и с применением токопроводящей пасты.

При забивании используют особую насадку, защищающую резьбу от повреждений. Модули выполнены из стали и покрыты медью или цинком, отчего их сопротивление падает, а срок службы увеличивается.

Виды контуров заземления

Существует 2 схемы расположения стержней в многоэлектродных заземлителях. У каждой есть свои достоинства и недостатки.

Треугольник

В этом варианте вертикальные электроды помещают в вершинах равностороннего треугольника. Минимальное расстояние между ними составляет 1,2 м, оптимальное – равно длине стержней.

Если установить электроды ближе 1,2 м, они будут влиять друг на друга, увеличивая сопротивление растеканию.

Преимущества треугольной схемы:

1. Простой монтаж. Работы по установке и соединению стержней ведут в просторной яме.
2. Надежность. При разрушении одной из перемычек все 3 электрода остаются подключенными к цепи.
3. Компактность. Треугольные заземлители при прочих равных условиях занимают наименьшую площадь.

Линейный контур

В этом варианте электроды расставляют по прямой. Такой контур лишен преимуществ треугольного, но зато его можно нарастить.

Линейными заземлителями оснащают объекты, где в скором времени ожидается расширение сети с увеличением потребляемой мощности.

Защитное заземление и зануление

Чтобы понять, что такое защитное заземление – потребуется разобраться в особенностях организации и обустройства

При этом важно научиться отличать его от рабочего аналога, необходимого для нормального функционирования питающих цепей. Защитное заземление в отличие от рабочего обеспечивает безопасные условия для обращения с оборудованием, открытые части которого в случае аварии оказываются под напряжением

Однако нередки ситуации, когда обустроить защитный контур на конкретном объекте не представляется возможным. Это может быть связано с отсутствием условий для его размещения или другими причинами организационного характера.

Чтобы детально разобраться в том, что это такое защитное зануление потребуется ознакомиться с принципом его действия. Суть этой системы заключается в соединении открытых токопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением, с наглухо заземленной нейтралью питающей линии (трансформатора).

Защитное заземление и зануление решают одну и ту же задачу обеспечения безопасности человека

Таким образом, защитное заземление и зануление для электроустановок, как системы, решают одну и ту же задачу обеспечения безопасности человека, но каждая по-своему (смотрите фото выше). В первом случае для организации цепочки стекания аварийного тока применяется местное заземляющее устройство, снижающее высокий потенциал на корпусе оборудования до безопасного уровня. При обустройстве системы зануления используется нейтраль питающей сети, позволяющая превратить аварийную ситуацию в обычное однофазное замыкание. Областью применения защитных занулений являются все случаи, когда невозможно применить обычную систему заземления.

Технические параметры устройств заземления в различных видах электрических установок

От 1000 Вольт при больших токах замыкания

В этом случае для наибольшего сопротивления заземляющих устройств требуется менее 0,5 Ом, однако этим не обеспечивается достаточное напряжение касания и шага токозамыкания 1-2 кА. Поэтому дополнительно выполняются следующие действия:

• должно быть быстрое отключение на случай замыкания в землю;
• выравниваются потенциалы по периметру территории местонахождения установки и в ее пределах. Для этого по всей площади от 50 см глубиной закладывают сетку, состоящую из проводников выравнивания для равномерного растекания тока. Продольные части укладываются параллельно осей электрооборудования на дистанции 80 — 100 см от его основания либо фундамента. Затем укладывают поперечные детали и шаг соединения до 6 м. Крайние части сетки, через которые уходит большое количество тока, укладывают глубже на 30-50 см.
• Такое же выравнивание осуществляют рядом с входами на территорию электрической установки укладкой дополнительно нескольких полос с их постепенным заглублением — расстояние от заземлителя 100 и 200 см соответственно, а глубина закладки 100 и 150 см.
• Дистанция от периметра контура до ограждения должно превышать 3 м, тогда ограждение можно не заземлять. Подходы, входы и въезды есть смысл делать в виде асфальтовых или гравийных покрытий, из-за их малой проводимости.
• Чтобы избежать выноса за границы местонахождения потенциала, разрешается присоединять приемники вне территории установки к трансформаторам смонтированным в нее можно лишь при условии изоляции их нейтрали.

Больше 1000 Вольт при небольших токах замыкания

Когда проводится значение R для таких установок, требуется менее 10 Ом. Рассчитать его можно с помощью формулы:

В качестве расчетного используется:

• показатель тока сработки релейной защиты обязательно гарантирующей обесточивание замыкания на землю;
• емкость предохранителей.

Необходимо превышение в 1,5 и 3 раза минимального эксплуатационного тока замыкания соответственно над уровнем срабатывания реле или номинальным током предохранителей.

До 1000 Вольт — нейтральный проводник заглушен в землю

Уровень сопротивления заземляющих устройств менее 4 Ом. Когда общая мощность источников и преобразователей напряжения не доходит больше 100 кВА, тогда достаточно уровеня менее 10 Ом.

Заземляемые детали делаются надежно связанными с проводниками заземления или нуля источника электричества.

На воздушных линиях этот контакт делается специально прокладываемым параллельно фазам проводом. В этом случае необходимо сделать повтор заземления нуля с интервалом 250 м, и обязательно в конечной точке линии. Для каждого повтора R меньше 10 Ом.

Если мощность всех источников и трансформаторов в сумме меньше 100 кВА, и для этой сети разрешено R главного ЗУ 10 Ом, то для повторных этот показатель необходим менее 30 Ом в количестве больше двух.

До 1000 Вольт — нейтраль в изоляции

Как в предыдущем пункте, требуется получить уровень R заземляющих устройств менее 4 Ом. Когда же сумма мощности генераторов и преобразователей до 100 кВА, показатель нужен меньше 10 Ом.

Наибольшее значение при касании может быть до 40 В. Из-за этого электробезопасность частей, которые могут оказаться под напряжением в таких сетях значительно выше.

Зелёная молниезащита (грозоизоляторы)

Зелёная молниезащита ZANDZ (безопасная) — это принципиально отличный от традиционного метод защиты объектов не только от прямых ударов молнии, но и от вторичных поражающих факторов.

Фундаментальная разница в работе зелёной молниезащиты и традиционных (или активных) молниеприёмников, заключается в изоляции объекта от молнии, недопущении образования разряда.

Это позволяет избежать наиболее опасного и труднопобедимого врага чувствительного электронного оборудования и легковоспламеняющихся материалов — электромагнитной волны от молниевого канала, молниеприёмников и токоотводов (вторичный поражающий фактор молнии).

Зелёная молниезащита — это лучший вариант для объектов, на которых одна искра может привести к катастрофе, потере продукции и долговременному простою.

Техника монтажных работ

Грамотный подход к обустройству ЗК состоит в правильности выбора места под него, а также в соблюдении требований действующих нормативов в части проведения основных монтажных работ.

Выбор места под ЗК

Перед устройством контура заземления важно подобрать место для размещения его элементов. Желательно – неподалеку от дома (его обычно рассчитывают устанавливать на удаление не более 2-х метров, что позволит выиграть на длине проводников)

Дополнительная информация: При выборе участка под заземление в первую очередь следует учесть, чтобы эта площадка располагалась на контролируемой хозяином территории.

Для этих целей подойдут такие зоны, как:

• участок огорода (кроме грядок с картофелем);
• палисадник или клумба;
• парковая зона, непосредственно примыкающая к дому.

Если грунт на прилегающей к строению местности имеет высокое удельное сопротивление – допускается установка системы штырей КЗ на более удаленной дистанции.

В любом из рассмотренных случаев при выборе места под ЗК следует предусмотреть все возможные варианты его использования в будущем (пусть даже и в очень отдаленной перспективе). Это позволит избежать ненужных издержек на перенос конструкции в ситуации, когда в данной зоне потребуется разбить детскую площадку, например.

Монтаж контура заземления

В зависимости от выбранной площадки (ее формы и размеров) при монтаже ЗК могут применяться различные схемы. Штыри в нем могут располагаться как в линию, так и в виде треугольника.

В том случае, когда выбрана треугольная конструкция, порядок обустройства ЗК выглядит следующим образом:

1. Сначала на этом месте размечается площадка соответствующей конфигурации со сторонами примерно 2,5-3 метра.
2. Затем вырывается котлован с размерами чуть большими, чем это обозначено разметкой.
3. Вырытый в земле приямок должен повторять форму равнобедренного треугольника и иметь глубину не менее полуметра (при ширине порядка 50-70 см.).
4. После этого по углам треугольного котлована с небольшим отступлением от стенок вбиваются три стальных штыря (отрезка арматуры) на глубину не менее 2-х метров.
5. И, в завершении все они соединятся между собой стальными полосами (делается это посредством сварки, которой в данной ситуации следует отдать предпочтение).

В результате должна получиться конструкция, похожая на приведенную ниже.

Контур заземления по схеме треугольник

Сечения проводов заземления от контура не должно быть менее 12-16 мм квадратных.

Для экономии сил и времени вырывать приямок под штыри можно не полностью. Достаточно будет выбрать землю только из канавок, в которые укладываются затем стальные соединительные полосы. На заключительной стадии сварных работ уже готовый заземлитель присыпается составом с низким удельным сопротивлением (золой или пеплом, например). Со временем содержащиеся в добавках соли растворятся в земле, что обеспечивает снижение сопротивления растеканию аварийного тока.

Параметры заземлителей (вертикальное расположение)

При проведении расчетов контуров заземления вертикального типа необходимо руководствоваться следующей формулой:

Приведенные в ней величины расшифровываются, как указано ниже:

R0 – величина расчетного сопротивления одиночного электрода в Омах.

Рэкв – значение удельного сопротивления почвы, уже рассмотренное ранее в главе о наружном ЗК.

L – длина отдельного электрода, входящего в состав системы заземления.

D – диаметр или соответствующий сечению размер штыря.

Т – расчетное расстояние от условного центра каждого из электродов до земной поверхности.

Для того чтобы получить требуемое значение сопротивления R0 (согласно ПУЭ оно не должно превышать 30 Ом) следует подбирать входящие в формулу переменные величины.

Перед тем как рассчитать ЗК следует учитывать, что для монтажа горизонтальной конструкции потребуется намного больше усилий и затрат по времени (а также значительных расходов медного материала). Кроме того, обустроенное таким способом заземление очень чувствительно к погодным условиям.

Именно поэтому считается, что лучше потратиться на обустройство вертикальных стержней, чем пытаться преодолеть недостатки горизонтальных заземляющих систем.

Тестирование

По завершении монтажных работ необходимо протестировать контур заземления на нормируемые показатели. Для испытания потребуются точные измерительные приборы, не всегда имеющиеся в распоряжении пользователя.

Проверка контура заземления

В отсутствие требуемого оборудования следует воспользоваться простейшими способами, один из которых описан ниже (он подходит только для частного дома).

Во-первых, нужно взять достаточно мощную нагрузку (такую как утюг, например, с потреблением порядка 2-4 кВт). Во-вторых, необходим специальный переходник с обычной розеткой на одном из концов (второй из них выполняется в виде двух отдельных проводов). Далее, один из них следует оформить в виде изолированного одиночного контакта, а на конце второй сделать толстую петлю.

После этого необходимо подсоединить полученную петлю к свободной колодке на заземляющей шине в щитке. Одиночный изолированный контакт следует воткнуть в фазную клемму розетки, ближайшей к нему (нарушать порядок подключения концов переходника к фазе и земле ни в коем случае нельзя). После всех этих манипуляций нагревательный прибор окажется включенным в питающую цепь через сопротивление самодельного контура заземления. Затем нужно измерить напряжение в сети посредством мультиметра при включенном утюге и без него.

Небольшая разница в показаниях двух описанных измерений означает, что изготовленный заземлитель вполне работоспособен. Если же они отличаются очень намного – контур придется доработать (увеличить количество штырей, например).

О том, как проверить наличие правильного заземления мультиметром, мы рассказывали в соответствующей статье!