Устройство заземления: виды и монтаж

Любой электрифицируемый объект должен иметь правильно организованную защиту электробезопасности. Такую систему позволяет создать защитное заземление. Оно отличается соединением элементов электрооборудования с устройством заземления.

Предназначение заземления состоит в недопущении влияния тока на пользователей и отводе напряжения с корпуса электрооборудования на землю. Заземление снижает потенциал между землей и электроточкой. Таким образом, минимизируется сила тока и поражение при взаимодействии с электроприборами, в которых случился пробой.

Особенности эксплуатации

Создание правильной заземляющей системы призвано решить следующие принципы:

1. Организация защиты от индукционных токов. Они могут проявляться из-за удара молнии. Причем создается электростатическая и электромагнитная индукция.
2. Создание электроцепи с низким сопротивлением при замыкании. Ток легко проходит по такой магистрали. Обеспечивается безопасность для пользователей. Если человек случайно дотронется до прибора во время пробития корпуса, не будет потенциально опасного напряжения.

Защитное заземление используется в электрической сети с напряжением:

1. Более 1 кВт. Допустимы все режимы точек обмоток источника питания переменного/постоянного тока.
2. Меньше 1 кВт:

• с постоянным током 2 проводников, когда есть изоляция обмотки источника тока;
• с переменным током двух 1-фазных проводников с изоляцией от земли, и
• с переменным током трех 3-фазных проводников с изолированием нейтрали.

Функциональность системы заземления будет на высоком уровне только при сети с изолированной нейтралью.

Виды заземлителей

В организации рабочего или защитного заземления применяют такие элементы как заземлители. Есть два вида:

• Искусственные – это конструкции из неокрашенного металла. Иногда с целью защиты от коррозии применяют защитные составы, которые не ухудшают способность проводить ток. Как пример искусственного заземления можно назвать особый токопроводящий бетон.
• Естественные – различные токопроводящие конструктивные элементы объекта и коммуникаций. Они обязательно соприкасаются с землей. Запрещено использовать как естественный заземлитель конструкции магистрали, которые могут взорваться или загореться. К примеру, газовую трубу.

При эксплуатации искусственных заземлителей важно помнить, что нужны будут прутья/пластины из металла для создания металлосвязи. Это когда верхние концы заземлителей соединяют сваркой в один элемент. Его заводят прямо в дом с помощью шины заземления, которая обеспечивает жесткость и цельность контура.

Нейтраль – что это?

Это защитный нулевой проводник. Он соединяет друг с другом нейтрали электрических установок в 3-фазных сетях.

Снижающая подстанция с трансформаторной установкой имеет собственный корпус заземления. Он включает в себя шину из стали и пруты, которые особым образом размещены в земле. От подстанции к источникам потребления в электрический щиток прокладывают 4-жильный кабель.

Когда надо получить питание от 3-фазной цепи, то должны быть подсоединение все 4 жилы. Если к ним подключена разная нагрузка, то нейтраль смещается. Для того, чтобы этого не допустить, применяется нулевой проводник. Благодаря нему нагрузка распределяется одинаково на все фазы. 

Проводники PE и PEN – что это?

PEN проводник совмещает функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводника. он проходит от подстанции и у потребителя делится на N и PE проводники.

PE представляет собой защитное заземление. Он применяется, к примеру, в розетках с заземлением. Такой проводник используется для техники с напряжением меньше 1 кВт.

Такое заземлением отвечает за постоянное соединение наружных и открытых деталей. В результате ток стекает на землю.

PEN проводник нашел свое применение при эксплуатации системы типа TN-C.

Виды систем искусственного заземления

 

Существуют следующие искусственные виды заземления:

• IT;
• TT;
• TNC-S;
• TN-C;
• TN-S.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

Они предполагают наличие глухо заземленной нейтрали и подключение к ней всех элементов сети, которые проводят энергию. Подсоединение осуществляют с применением нулевых проводников.

Корпуса и щиты оборудования, электрические шкафы подключают к PEN проводнику. Это обеспечивает короткое замыкание при пробитии корпуса. В итоге защитные автоматы обесточивают электросеть, которая идет на проблемный участок. Тем самым предупреждается поражение током людей.

TT

Система обеспечивает высокий уровень безопасности и подходит для электрических станций с минимальным техническим состоянием. К примеру, там, где есть оголенные провода, в электрических установках на закрепленных опорах либо открытом воздухе.

Монтируется система по схеме 4 проводников:

• ноль совмещает функции защитного и рабочего проводников;
• 3 фазы, которые подают напряжение и смещаются между собой под углом 120 градусов.

Система выделяется защитой от короткого замыкания, высокой стойкостью к деформации провода и возможностью эксплуатации на электрических установках высокого напряжения.

К минусам относится невозможность отслеживать фазы короткого замыкания и сложная организация защиты от молний.

TN-S

Она оснащена двумя нулевыми проводами – один выступает как защита, другой как нейтральный проводник, который подключен к глухо заземленной нейтрали. Это самая эффективная и безопасная система. Принцип работы заключается в применении только ноля и одну фазу для подачи рабочего напряжения. Разводку выполняют 3-жильным проводом, одну жилу используют как ноль и подсоединяют к вводному проводу.

TN-C

В PEN проводник объединены нулевой и защитный проводники на протяжении всей системы. Плюсом такой системы считается легкий монтаж. Не нужно особых денежных затрат и усилий, установленных воздушных и кабельных линий. Но есть и минусы. Может появиться линейное напряжение на корпусе электроустановки при обрыве цепи. Есть большой риск получения удара током и потери заземления при повреждении токопроводящего устройства. Система может защитить лишь от короткого замыкания.

TN-C-S

Это комбинированная система, в которой проводники PE и N на выходе от источника питания соединение в едином проводнике. На входе в объект присоединяют защитный PE проводник. В своде ПУЭ прописано, что для частного дома рекомендуется в качестве основной именно эта система. Она надежнее и проще в организации.

Системы с изолированной нейтралью

3-фазная система используется в процессе передачи и распределения тока на потребителей. Это позволяет организовать равномерное симметричное распределение нагрузки. Система формирует режим, который предполагает применение генераторов и трансформаторной будки. У их нейтрали нет заземляющей защиты.

Изолированная нейтраль используется при соединении вторичных обмоток трансформаторов при отсутствии питания при авариях и по схеме треугольника. Это замещающая сеть. Изолированная нейтраль помогает пробивать изоляционное покрытие при замыкании и образованию замыкания на других фазах.

IT

Система отвечает за заземление через высокий уровень сопротивления. Она имеет нейтраль. Наружные элементы из материалов, которые проводят ток, заземляются. Преимуществами считаются маленькие показатели утечки тока при однофазном коротком замыкании. Установка с такой системой способна работать долго даже при авариях. Между потенциалами нет разности.

Однако защита не сработает при замыкании на землю. Повышается риск поражения током при контакте со второй фазой установки.

Расчет значений главных элементов заземления

Подробные расчеты помогают спроектировать чертеж заземления объекта. Устройство, которое смонтировано согласно расчетным данным заземления, помогает обеспечить максимально эффективную эксплуатацию всей защиты.

В основе вычислений лежат допустимые значения прикосновения и напряжении шага. На этом основании высчитывается количество и размер заземлителей и принцип их организации.

Расчеты делают, основываясь на следующих данных:

• Описание оборудования – главные элементы конструкции, вид монтажа, рабочее напряжение, варианты заземления нейтрали.
• Форма заземлителей. Это нужно для того, чтобы определить нужную глубину закладки электродов.
• Данные об исследованиях по замерам удельного грунтового сопротивления на территории. Также принимают во внимание сведения климата в области, где организуется система.
• Данные о подходящем естественном заземлении. Нужная информация о реальных показателях растекания тока. Их получают, проводя специальные измерения.
• Итоги типовых подсчетов расчетного замыкания на земле.
• Показатели нормативных стандартов допустимых параметров напряжения согласно ПУЭ.
• Значения сопротивления промерзания грунтового слоя посезонно, во время промерзания, высыхания. Показатели нужны для расчета заземлителей, находящихся в однородных условиях.
• Сведения потенциалов, наведенных на электроды. Они нужны при установке сложных многокомпонентных заземлителей. Используется информация о сопротивлении всех грунтовых слоев.

Устройство заземляющего контура

Заземляющая система включает в себя:

1. Заземляющие штыри.
2. Полосовой металл.
3. Заземляющие проводники.

Заземляющие штыри

Он представляет собой группу электродов из обычной или нержавеющей стали, или проводников, которые соединены друг с другом. Их размещают в земле по вертикали рядом с объектом.

В зависимости от защищаемого объекта для заземляющего контура используют:

• круглую сталь диаметром 16-18 мм;
• уголки 5*5*0.5 см.

Их вбивают в землю на 3 метра. Затем элементы между собой сваривают полосой 0.4*4 см и выводят ее к области подсоединения общей заземляющей системы.

Разновидности

От удобства установки во многом зависит геометрия заземляющего контура. Это может быть любая геометрическая фигура, но есть две основные:

• Треугольник. Самый часто используемый контур. В землю вбивают 3 стержня на расстоянии не меньше 3 метров. Но если места на участке нет, дистанция может быть меньше. В итоге должен быть треугольник с разными сторонами.
• Линия. Ее используют в тех местах, где нет пространства для первого варианта. Этот вариант удобен тем, что можно закопать стержни вдоль стены здания или ограждения. Можно использовать любое количество электродов. Чем их будет больше, тем выше показатели сопротивления.

Заземление представляет собой комплексную систему, в которой все взаимосвязано и все этапы оказывают влияние на надежность эксплуатации объекта. Главная задача при ее организации состоит в выборе конфигурации заземлителей.