Принцип действия и назначение защитного и рабочего заземления

Принцип действия и назначение защитного и рабочего заземления

Во время эксплуатации электроприборов необходимо использовать заземляющие устройства. В соответствии с назначением, возможно использование защитного и рабочего заземления. Первый вид позволяет обеспечить нормальную работу оборудования, а второй предназначен для защиты людей. Эти виды мер безопасности имеют различное назначение и принцип работы.

• Защита электрооборудования
• Защитное заземление
  • Принцип работы
  • Схемы подсоединения

Защитное заземление

Основное назначение защитного заземления (ЗЗ) состоит в том, чтобы защитить обслуживающий персонал от поражения электрическим током в аварийной ситуации. В случае, когда на металлической нетоковедущей поверхности электроустановок внезапно появляется опасное напряжение.

Это может произойти в результате пробоя изоляции или обрыва провода и его касании корпуса. В результате человек подвержен опасному напряжению.

На рисунке снизу показана схема защитного заземления. Из него понятно устройство и принцип работы ЗЗ.

Защитное заземление (ЗЗ) – это преднамеренное соединение металлических частей корпуса оборудования с землей, заземлителем или его аналогом. Основная задача состоит в том, чтобы обезопасить обслуживающий персонал от травм, вызванных поражением электрическим током.

Для расчетов необходимо знать, сколько Ом должно иметь защитное устройство (ЗУ). Его значение в основе расчета не должно превышать 4 Ом.

ЗЗ используется в следующих случаях:

• В трехфазных сетях с изолированной нейтралью переменного напряжения до 1 кВ.
• В однофазных сетях переменного тока.
• В сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока.
• В сетях переменного и постоянного тока с любым режимом обмоток источника при напряжении выше 1 кВ.

Устройство

С помощью заземлителей производят непосредственное соединение с землей или ее аналогом. Для этого применяются естественные и искусственные заземлители:

• В этих целях используют искусственные заземлители. Они представляют собой металлические штыри, забитые в землю. Окрашенные штыри запрещается применять, для защиты от коррозии применяют оцинкованный металл. В некоторых случаях забивают медные штыри или закапывают медную пластину. Допускается использовать токопроводящий бетон.
• В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать электропроводящие части, имеющие непосредственное соприкосновение с землей. Часто для этих целей на дачах применяют водопроводные трубы. К заземлителям относятся – металлические части зданий и сооружений, рельсовые пути, свинцовые оболочки кабелей и т.п. При этом категорически запрещено применять в качестве заземлителей газопроводы, нефтепроводы и другие трубопроводы по которым транспортируются горючие смеси и газы.

На рисунке снизу показан вариант защитного заземления в частном доме.

Вариант защитного заземления в частном доме

Кроме этого, применяется защитное зануление. Его широко применяют для обеспечения электробезопасности в жилых и общественных зданиях.

Защитное зануление – это специальное электрическое соединение открытых проводящих частей не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора, в трехфазных сетях, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника постоянного тока, создаваемого с целью электробезопасности людей.

На рисунке снизу показана схема подключения защитного зануления при наличии и без заземления для однофазной сети, применяемой в жилых домах для подключения бытовых приборов.

На рисунке снизу показана схема зануления оборудования в цехах на производстве.

Основные схемы выполнения функционального заземления

Вариант «А» существует и даже исполняется, но является самым опасным из представленных с точки зрения электробезопасности и безопасности объекта в целом. Подробные объяснения приведены ниже.

Вариант «В» является формальным подходом, выполнение системы с его использованием полностью законно. Это качественное защитное заземление с радиальной схемой разводки, которое используется для вновь строящихся объектов.

Вариант «С» – удобная схема для реконструируемых объектов. С точки зрения воздействия помех на ответственное оборудование данный вариант значительно лучше, чем «В».

Недостатки варианта «А»:

1. Разрушается целостность основной системы уравнивания потенциалов, что приводит к появлению разности потенциалов на независимых системах заземления в процессе эксплуатации.

Причины появления разности потенциалов могут быть такими:

КЗ на корпус в сети ТN-S до срабатывания системы защиты (

110B).

2. Крайне низкие токи короткого замыкания фаза-корпус относительно сетей типа TN-S со всеми вытекающими последствиями (см. рис. 3).

Рис. 3. Схема протекания тока замыкания на корпус аппарата при использовании независимого функционального заземления в сети типа TN

FE не имеет точки соединения с ГЗШ и с нейтралью, и токи короткого замыкания составят только десятки ампер. Ситуация ухудшается отсутствие в цепи устройства защитного отключения. Максимальный ток короткого замыкания составит 36,6 А:

Время отключения составит 30-120 сек, и все это время на корпусе будет присутствовать практически фазное напряжение по корпусным элементам, и протекать ток большой величины, что может привести к возгоранию. При наличии автоматов с номинальным рабочим током более 32 А цепь вообще не отключится.

Повторим: вариант «А» использовать для сетей типа TN-S крайне опасно.

Ф – сетевой фильтр, ФЗ – фильтр заземления.

Вариант «D» демонстрирует соединение FE и ГЗШ с использованием разрядника уравнивания потенциалов. Вариант имеет проблему: он сработает только в случае заноса потенциала при грозовых разрядах, когда разница в напряжении достаточна для срабатывания разрядника (600-900В). В остальных случаях целостность системы основного уравнивания потенциалов электроустановки остается нарушенной и электробезопасности при первичном пробое не обеспечивается.

Вариант «Е» разработан с учетом установки в разрыв проводника уравнивания потенциалов дроссельного фильтра заземления (например, «Квазар Ф-ХХХРЕ», изготовитель ГК «Полигон»).

Варианты «F», «G», «H» показывают построение FE с постепенным улучшением уровня защиты ответственного электрооборудования от помех без проблем с электробезопасностью.

Контрольные вопросы: Классификация заземлений по назначению

Главная > Контрольные вопросы

1.Классификация заземлений по назначению

Для защиты человека от поражения электрическим током, а также для обеспечения нормальной работы электрических сетей, применяют заземление.

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (вода реки или моря, каменный уголь) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением, для обеспечения электробезопасности. Защитное заземление предназначено для снижения напряжения прикосновения при пробое фазы на металлические нетоковедущие части.

Рабочее заземление — преднамеренное соединение с землей определенных точек электрической цепи, например, нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугоносящих аппаратов…Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляемся непосредственно (путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы.

Заземление молниезащиты — преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников с целью отводов от них токов молнии в землю.

2.Назначение, устройство и принцип действия защитного заземления.

Назначение защитного заземления. Устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимися под напряжением.

Принцип действия защитного заземления. Снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (за счет уменьшения сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Устройство заземления. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя-проводника или группы проводников (электродов), соединенных между собой и находящихся в контакте с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части в электроустановки с заземлителем.

По расположению заземлителей относительно заземляемых корпусов заземления выделяют выносные и контурные.

Выносное заземление: Заземлители находятся на некотором удалении от заземляемого оборудования. Выносное заземляющее устройство называют сосредоточенным.

Контурное заземление: Электроды его заземлителя размещаются по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Электроды равномерно распределяются по площадке, поэтому устройство называется распределенным.

3. Электроды заземления, их назначение, габариты.

Для искусственных заземлителей (электродов заземления), предназначенных исключительно для целей заземления, применяются вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют прутковую сталь (как наименее дешевую и дефицитную по сравнению с трубами и уголками) диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м, а также уголковую сталь с толщиной полок не менее 4 мм. Иногда применяют и стальные трубы диаметром 5-6 см с толщиной стенки не менее 3,5 мм.

Электроды заземления погружают в грунт вертикально в специально подготовленную траншею. Трубы и уголковую сталь обычно забивают, а прутковую сталь закручивают в грунт с помощью спец. приспособлений. Для связи вертикальных электродов между собой и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют обычно полосовую сталь толщиной не менее 4 мм. Причем для электроустановок напряжением выше 1000В сечение горизонтального заземлителя выбирают по термической стойкости (исходя из допустимой температуры нагрева 400 о С).

Вертикальные электроды заземления 3, соединенные между собой при помощи сварки стальной полосой,

образуют внешний контур заземления1. Внутри здания по периметру прокладывается стальной шиной

внутренний контур заземления 2. Наружный контур заземления соединяется с внутренним не менее чем в двух местах. Подлежащее заземлению оборудование 4 присоединяется непосредственно к внутреннему контуру заземления.

Электроды заземления погружают в грунт вертикально в специально подготовленную траншею. Трубы и уголковую сталь обычно забивают, а прутковую сталь закручивают в грунт с помощью специальных приспособлений.

4. С какой целью измеряется удельное сопротивление грунта?

В процессе проектирования, монтажа и эксплуатации заземления возникает необходимость измерять параметры заземления. Проектировщикам необходимо знать точное значение удельного сопротивления грунта, где будет монтироваться заземление. Чем меньше сопротивление грунта, тем лучше заземлитель.

5. Назначение измерения заземляющей проводки

Заземляющая проводка, соединяющая заземляемое оборудование с заземлителем, должна иметь малое сопротивление (до 0.2 Ом) и в ней не должно быть обрывов. В процессе эксплуатации регулярно измеряется сопротивление заземляющих проводников.

6. Методы, приборы и схемы измерений параметров заземления

Метод четырех электродов: Для измерений используется четырехэлектродная схема (см. рис. ). Электроды устанавливаются на равных расстояниях а. Крайние электроды соединяют с токовыми зажимами измерителя заземлений, средние- с потенциальными. Если через крайние электроды пропускать ток, между средними появится разность потенциалов U. Значение U в однородном грунте прямо пропорционально удельному сопротивлению и току I и обратно пропорционально расстоянию между электродами отсюда , где R- показания прибора.

Прибор: Измеритель заземления МС-08

Метод контрольного электрода: Измеряем с помощью прибора М-416: в грунт забивают контрольный электрод таких же размеров (длина, сечение), которые предполагаются у электродов заземления. Забивают еще два электрода Rз и Rвспом. Удельное сопротивление грунта рассчитывается из , отсюда , где l – длина электрода, t – расстояние от поверхности земли до середины электрода (см рис. )

Метод амперметра-вольтметра: При данном методе на испытуемом заземлителе (Rх1) или контуре заземления (Rх) измеряют падение напряжения при пропускании через него тока. Помимо испытуемого заземлителя необходимо иметь еще два электрода: Rвсп (для создания цепи для измерительного тока через этот электрод и испытуемый заземлитель) и Rзонд (для получения в схеме точки с нулевым потенциалом, точки в которой ток растекания практически отсутствует). Для измерения нужно иметь ток в несколько десятков ампер, чтобы получить достаточную для измерений величину напряжения и исключить влияние блуждающих токов. Измерение сопротивления заземления производится для опоры ЛЭП (Rх1) и контура трансформаторной подстанции (Rх) по схеме рис. . Прибор: М – 416

Измерение сопротивления заземляющей проводки: Для измерения сопротивления заземляющей проводки, определения обрыва в ней, а также для обнаружения аварийного напряжения на оборудовании применяется омметр М-372. При отсутствии прибора М-372 замеры выполняются М-416. схема измерения показана на рис. .

Ремонт заземляющих устройств (ЗУ)

В процессе длительной эксплуатации заземления наблюдается коррозия отдельных узлов металлической конструкции и частичное отклонение электрических параметров от номинала.

Чаще всего это случается по причине разрушения защитного покрытия заземления под воздействием грунтовых солей с последующим коррозийным разрушением самого металла.

Устройство заземления в таком состоянии уже непригодно к длительной эксплуатации в качестве снижающей опасный потенциал конструкции, поскольку сопротивление поражённых ржавчиной мест существенно возрастает. Одновременно с этим снижаются токи утечки на землю, вследствие чего заземляющий контур теряет часть своих защитных свойств.

Любой специалист в подобной ситуации вправе заявить, что такое устройство нуждается в капитальном ремонте, предполагающем замену его поражённых частей на новые детали.

При этом возможен вариант, согласно которому часть разрушенных элементов заземления и мест сварки может быть восстановлена без их замены. Для этого необходимо проделать следующие операции:

• сначала обнаруженные следы ржавчины на металлических частях заземления тщательно очищаются посредством наждачной бумаги или химическим путём;
• вслед за этим очищенные от ржавчины места обезжириваются растворителем подходящего типа;
• после высыхания растворителя на поверхность металла наносится слой грунтовки ГФ-18;
• и в заключении, когда грунтовка полностью просохнет – подготовленные поверхности окрашиваются защитной эмалью чёрного цвета.

При использовании химических методов очистки на поражённые места накладывается кусочек мягкой ткани, смоченный в специальном растворе, предназначенном для удаления следов коррозии.

По завершении ремонта вся конструкция заземляющего контура подвергается контрольному обследованию, в процессе которого производится измерение его электрического сопротивления.

Для этих целей используются специальные контрольные устройства, называемые измерителями заземления (тип М416).

Область применения таких приборов распространяется не только на устройства заземления. С их помощью можно контролировать любые низкоомные цепи, а также с высокой точностью определять коэффициент удельного сопротивления грунта в точке заземления (ρ).

Как нельзя осуществлять заземление

Согласно параграфу 1.7.110 ПУЭ, запрещается использовать в качестве рабочего заземления любые виды трубопроводов. Кроме того, запрещено выводить заземляющий кабель наружу и подключать его к неподготовленной контактной площадке на шине. Такой запрет объясняется тем, что каждый металл имеет свой индивидуальный потенциал. При воздействии внешних факторов образуется гальванический пар, который способствует процессу электроэрозии. Коррозия может распространиться под оболочку заземляющего провода, что повышает опасность его оплавления во время подачи больших токов на контур заземления в случае аварии. Специальная защитная смазка предотвращает разрушение металла, но действует она лишь в сухом помещении.

Также ПУЭ запрещает осуществлять поочерёдное заземление электроустановок друг с другом, подключать более одного кабеля на одну площадку заземляющей шины. Если пренебречь такими правилами, то в случае аварии на одной установке она будет создавать помехи в работе соседа. Такое явление называется электрической несопоставимостью. При неправильном подключении рабочего заземления работы по устранению недостатков опасны для жизни.

Схемы заземления дома

Одним из основных элементов, необходимых для обеспечения электрической и пожарной безопасности объекта, является защитное заземление, поэтому закономерно, что грамотное технологическое производство такой системы – первостепенная задача. Добиться необходимого результата решения этой задачи невозможно без правильного выбора схематического варианта соединения и подключения заземляющих элементов.

Помните! Каждый элемент, при помощи которого реализуется защитное заземление, имеет схематическое обозначение. Для того чтобы выбрать оптимальный вариант схематического обоснования подключения такой системы, человеку нужно разбираться как в буквенных, графических, так и в цветовых чертежных обозначениях.

Чаще на практике применяются два вида подключения — схемы TN-C-S и TT. Отличия в проектировании схем:

1. Схема TN-C-S. При организации защитного заземления объекта по данной схеме, предусмотрена реализация следующих моментов:
   • роль защитного и нулевого (рабочего) проводника выполняет один кабель (PEN);
   • локализация — участок электросети от трансформатора и до ГЗШ (главной заземляющей шины). Уже на ГЗШ провод PEN разделяется на рабочий нулевой (N) и защитный (PE).
     Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника, а цифрой 2 – заземляемый объект (дом).

Важно! При выборе схемы TN-C-S в качестве основы производства заземляющих работ важно учесть наличие глухозаземленной нейтрали. Получается, что ГЗШ дома соединяется с заземлением самого трансформатора, питающего объект.

Схема TT. Прежде чем применить эту схему, необходимо аргументировать отказ от использования TN-C-S системы. Предусмотрена обязательная реализация нормативных требований, установленных к системе TT, а именно:
• производится независимое подключение элементов, исключается соединение с нейтралью трансформатора;
• заземлитель всех корпусов электрооборудования дома не зависит от аналогичного элемента источника питания;
• в электрической проводке дома обязательно применяется УЗО (устройство защитного отключения).

Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника; цифрой 2 — дом, а 3 — это само устройство заземления дома.

Важно! В схеме TT полностью отсутствует организация защиты пользователя при утечке тока во время повреждения изоляции. Следовательно, монтировать УЗО для электрической проводки, реализованной по ТТ схеме, — обязательно.

В связи со значительным затруднением производства заземляющих работ по схеме TT, большинство объектов заземляются посредством TN-C-S системы.

Заземление — важный элемент обеспечения пожарной безопасности здания и электробезопасности его жильцов. Начинать работы по его созданию, руководствуясь лишь общими понятиями определения, что такое защитное заземление, не стоит. Нужно изучить теоретические и практические особенности устройства электрозащитной системы, разбираться в производстве расчетов ее параметров и уметь произвести измерение величины ее сопротивления после монтажа. При отсутствии навыков и необходимого оборудования следует доверить выполнение такой работы профильным специалистам.