Заземление: определение понятия, для чего нужно, как работает

Заземляющее устройство – что это: будет интересно каждому

Заземляющее устройство – это система, включающая непосредственно заземлитель и заземляющие проводники, которые используются для соединения бытовой техники с заземлителем. Заземляющие устройства принято разделять на следующие типы:

Рабочий, позволяющие обеспечить бесперебойную работу оборудования;
Защитный. Обеспечивает безопасную работу приборов;
Грозозащитный, позволяющий отвести разряд молнии в молниеотвод или разрядник.

Также заземление принято делить на:

Искусственное, изготавливаемое специально для защиты от напряжения. Состоит из металлических стержней и провода, труб некондиционного типа, стальных уголков. Специалисты рекомендуют выбирать стальные полосы или уголки толщиной минимум 4 мм, пруты диаметром от 10 мм и длиной более 10 м;
Естественное. Такие металлические конструкции изначально изготавливались для других целей, но могут использоваться для защиты от напряжения. Тем, кто впервые столкнулся с понятием естественный заземлитель, что является определением данного термина – будет интересно. Сюда относятся изделия из железобетона, трубопроводы, осадные трубы. Исключение составляют системы, предназначенные для транспортировки газа и горючей жидкости.

Заземляющее устройство может быть в виде полосы

В условном обозначении к заземляющему устройству можно определить его тип. Первая буква показывает:

Т – источник питания соединяется с землей напрямую;
I – токоведущие элементы изолируются от земли.

Второй символ в условном обозначении показывает:

Т – открытые детали, находящиеся под напряжением, должны быть заземлены, независимо от их связи с грунтом;
N – открытые части, находящиеся под напряжением, защищаются от источника питания через глухозаземленную нейтраль.

Буквы, следующие в условном обозначении через тире после N, отражают характер связи и метод обустройства проводников:

S – защиту РЕ нулевого и N-рабочего проводников выполняют раздельными проводами;
С – защита выполнена одним проводом.

Что такое PE и PEN проводники

Согласно ГОСТ Р50571.2-94 года классическая схема заземления содержит в своем составе следующие виды шин, отличающиеся по функциональному назначению:

Фазные проводники.
Шина N, представляющая собой так называемый «рабочий нуль», служащий для создания токовой цепи нагрузки (другое ее название – нейтраль 3-х фазной сети).
PE – специально обустраиваемая защитная нулевая жила, используемая для организации повторного заземления и зануления на приемном (потребительском) конце.
PEN – совмещенный проводник, выполняющий функции обеих рассмотренных выше шин.

Цветная маркировка проводов на схеме: Ф1-красный, Ф2-желтый и Ф3-зеленый цвета, N – синий, PE – желто-зеленый, а PEN – комбинация двух цветовых окрасок. Для фазных проводов традиционно применяется трехцветная маркировка: Ф1-красный, Ф2-желтый и Ф3-зеленый цвета. Нейтральные проводники в рабочих схемах также отличаются особым колером (N – синий, PE – желто-зеленый, а PEN – комбинация двух цветовых окрасок).

Умение различать типы нулевых проводов позволит пользователю разобраться в следующих важных вопросах:

Ответы на эти вопросы приблизят заинтересованного пользователя к пониманию принципа работы схем зануления и заземления. Для тех, кто давно не занимался этой темой, напомним, что под заземлением электросетей и оборудования понимается соединение открытых для случайного прикосновения токопроводящих частей с землей.

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.

Недостатки:

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.

Конструкция:

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

Преимущества:

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.

Достоинства:

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

Минусы использования:

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.

Преимущества TT:

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

Недостатки:

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

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.

Различия между видами заземлений

Между рабочим и защитным заземлением имеются существенные различия. Главное из них заключается в предназначении. В то время как рабочее обеспечивает нормальное функционирование электрического оборудования, защитным заземлением называется защита от поражения электротоком. Кроме того, оно способствует защите оборудования от выхода из строя в случае, если корпус будет случайно пробит. Если здание имеет молниеотвод, то защитное сопротивление будет препятствовать возможной перегрузке во время грозы.

Рабочее заземление используется лишь на промышленных предприятиях, а в жилых зданиях монтируется заземляющий проводник, подведенный к розетке. Но все же есть электроприборы, таящие в себе возможную опасность, поэтому не будет лишним и их заземление с применением глухозаземленной нейтрали.

Особенности применения

На стадии проектирования заземляющего устройства с применением электролитического заземлителя необходимо учитывать следующую особенность. Так как вокруг заземлителя происходит образование солевого электролита, температура замерзания прилегающего грунта, в зависимости от концентрации солей, находится ниже -10 °С. В результате грунт диаметром до 3 метров вокруг электрода находится в незамерзающем состоянии круглый год. В районах вечной мерзлоты эти зоны грунта могут проседать. Поэтому близко от электролитического заземлителя нельзя располагать строительные конструкции из-за угрозы нарушения их целостности. Также нельзя располагать данный вид заземлителя около подземных коммуникаций, содержащих металлические части из-за возможности их коррозии.

Основные преимущества

Электролитическое заземление имеет ряд достоинств:

У такой конструкции небольшой размер, поэтому ее монтаж довольно прост и удобен. Смонтировать такое заземление вполне можно своими руками, не прибегая к услугам специалистов.
Специальная минеральная смесь внутри электрода поддерживает концентрацию электролита в грунте на одном уровне продолжительное время. Смесь в электрод досыпается один раз в 15 лет.
Солевой раствор, который получается в результате химической реакции, не агрессивен по отношению к корпусу электрода.
При монтаже электролитического заземления, в большинстве случаев, не нужно согласовывать выполнение земляных работ со всеми заинтересованными организациями, как это происходит при монтаже обычного заземляющего устройства.

Недостатком электролитического заземления является высокая стоимость комплекта. Такое заземление применяют в особых случаях, когда, например, применение обычного заземляющего устройства не эффективно.

Выбор системы заземления для частного дома

Можно почитать форум , а также статью «»

Для современного частного сектора подходят только две системы заземления ТТ и TN-C-S. Практически весь частный сектор запитывается от трансформаторных подстанций с глухозаземлённой нейтралью и четырёхпроводной ЛЭП (три фазы и PEN, объединённый рабочий и защитный ноль или, иначе говоря, объединённый ноль и земля).

Особенности системы заземления TN-C-S

Согласно п. 1.7.61 ПУЭ при применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Т.е. проводник PEN на вводе в дом повторно заземляется и делится на PE и N. После этого используется 5 или 3 проводная проводка.

Коммутация PEN и PE строго запрещена (ПУЭ 7.1.21. Во всех случаях в цепях РЕ и РЕN проводников запрещается иметь коммутирующие контактные и бесконтактные элементы). Точка разделения должна стоять до коммутационного прибора. Запрещается разрывать PE и PEN проводники.

Недостаток системы TN-C-S

при обрыве PEN проводника на корпусах заземлённых электроприборов может оказаться опасное напряжение.

Описание системы TN-C-S — Описание системы TN-C-S только на современных ЛЭП выполненных проводом СИПрекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий,обязательно должны быть выполнены повторные заземления на ЛЭП.

Согласно п. 1.7.135 ПУЭ когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены начиная с какой-либо точки электроустановки, не допускается объединять их за этой точкой по ходу распределения энергии. В месте разделения PEN

-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой.PEN -проводник питающей линии должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитногоРЕ -проводника.

Для обеспечения высокого уровня безопасности от поражения электрическим током в системе TN-C-S необходимо использовать устройства защитного отключения (УЗО).

Особенности системы заземления ТТ

Описание системы ТТ — Описание системы ТТ защитный проводник PE заземляется независимо от нулевого рабочего проводника N и запрещена какая-либо связь между ними.

Систему TT рекомендуется применять при неудовлетворительном состоянии питающей воздушной линии электропередач (ВЛ) (старые неизолированные провода ВЛ, отсутствие повторного заземления на опорах).

Замечание

СП 31-106-2002 «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ОДНОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ» устанавливает, что электроснабжение жилого дома должно осуществляться от сетей напряжением 380/220 В с системой заземления TN-C-S.

Внутренние цепи должны быть выполнены с раздельными нулевым защитным и нулевым рабочим (нейтральным) проводниками.

Правила монтажа системы ТТ:

Установка УЗО на вводе с уставкой 100-300 мА (пожарное УЗО).
Установка УЗО с уставкой не более 30 мА (желательно 10 мА — на ванную) на все групповые линии (защита по току утечки от прикосновения к токоведущим частям электрооборудования при появлении неисправностей в электропроводке дома).
Нулевой рабочий проводник N не должен соединяться с местным контуром заземления и шиной РЕ.
Для защиты электрических приборов от атмосферных перенапряжений необходимо устанавливать ограничители перенапряжения (ОПН) или ограничители импульсных перенапряжений (ОПС или УЗИП).
Сопротивление контура заземления Rc должно удовлетворять условию ПУЭ (п. 1.7.59):
- при УЗО с уставкой в 30 мА сопротивление контура заземления (заземлителя) — не более 1666 Ом;
при УЗО с уставкой 100 мА сопротивление контура заземления (заземлителя) — не более 500 Ом.

Для выполнения вышесказанного условия достаточно будет использовать один вертикальный заземлитель в виде уголка или прутка длиной около 2-2,5 метра. Но я рекомендую выполнить контур более тщательно, забив несколько заземлителей (хуже не будет).

Недостатки системы ТТ:

При коротком замыкании фазы на землю на корпусах электроприборов будет опасный потенциал (ток короткого замыкания недостаточен, чтобы сработал автомат защиты, поэтому обязательна установка УЗО — ПУЭ 1.7.59).

Указанный недостаток системы можно нейтрализовать установкой реле контроля напряжения и УЗО (2-х каскадная схема с одним «пожарным» или селективным УЗО на весь дом и несколькими УЗО на всех линиях потребителей).

Объясните назначение и принцип действия защитного заземления( со схемами)

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Рис.1 Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000В и выше

б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000В

1 – заземленное оборудование;

2 – заземлитель защитного заземления

3 – заземлитель рабочего заземления

r_в и r_о – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

I_в – ток замыкания на землю

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3…5см и стальные уголки размером от 40*60 до 60*60мм и длиной 2,5…,м.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономую. Недостатками естественных заземлителей является доступность их неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

Экзотермическая сварка

Экзотермическая сварка ZANDZ — это современный и надёжный метод, который обеспечивает наиболее качественный контакт между двумя проводниками. Это превосходные сварные соединения, которые никогда не ослабнут, не заржавеют и имеют неизменное сопротивление.

Соединения, выполненные методом экзотермической сварки, по своей коррозионной стойкости превосходят все самые распространённые методы соединений (классическая сварка, болтовое соединение). Экзотермическая сварка не влияет на проводимость металлов, обеспечивает оптимальную площадь контакта и долговечность соединения.

Подготовительный этап при монтаже контура

Нужно создать специальную схему перед тем, как приступать к работе. Обязательной становится подготовка материалов и инструментов. Контуры при заземлении представляют собой объединённые в единое целое системы. Основные компоненты следующие:

Внешний.
Внутренний.

Первый строится на основе заземлителей, которых объединяет металлическая обвязка. Вторая часть располагается внутри дома. И представляет собой разветвлённую сеть с проводами. Точка начала – розетки или бытовые приборы, сами сходящиеся с шиной заземления. Последнюю монтируют в счётчике.

Заземление в форме треугольника

Чаще всего внешнее заземление создаётся в форме треугольника. Параметры будут такими:

1-2 метровые стороны
оптимальные габариты стороны – 1 метр 20 сантиметров

Но допустимо применение линейной незамкнутой формы, благодаря которой верхние концы получают последовательное соединение друг с другом.

Эта разновидность отличается большей безопасностью, меньшей требовательностью в плане выбора места установки. Но и ряд уязвимостей присутствует. У конструкции уменьшаются токопроводящие способности, как только последовательная связь между элементами нарушается. По-другому выглядят схемы расположения замкнутого типа. Серьёзными преимуществами не отличаются ни круги, ни квадраты.

Изготавливаются заземлители на основе нескольких приспособлений:

Металлический уголок, чьё сечение — 50 на 50 миллиметров.
Прут или трубы, диаметр которых равен не менее, чем 32 миллиметрам.
Минимально требуемая длина изделия – два метра. Обязательному учёту подлежит глубина, где осуществляется промерзание. Длина конструкции должна превышать данный показатель, минимум на 300-400 миллиметров.
У заземлителей верхние концы соединяются металлической полоской: длина – от 1 до 2 метров, толщина 4 миллиметра, ширина в 40 миллиметров минимум.
Применение других металлических изделий тоже допустимо. Например, отдать предпочтение пруту, у которого есть диаметр до 40 миллиметров.
Ещё одна металлическая конструкция нужна для обеспечения ввода в дом. Лучше, если она будет изготовлена из нержавеющей стали. Длины должно хватать, чтобы были полностью соединены контур и место ввода в дом. Не обойтись без приобретения дополнительных крепёжных элементов. Обычно их функцию отдают медному проводу, хомутам или болтам. Минимальное сечение – 4 миллиметра в квадрате.

Для выполнения дальнейших работ по заземлению готовим следующие приспособления:

Гаечные ключи.
Перфоратор.
Сварочный аппарат.
Лопата и кувалда.
Болгарка или другой подобный инструмент помогут разрезать металл в случае необходимости.

Но при составлении предварительной схемы можно выбрать компоненты нужной длины и диаметра заранее.

А как быть, если в вашем доме вообще не предусмотрено защитное заземление

Понятное дело, при проведении капитального ремонта, электрики заменят проводку в соответствии с Правилами устройства электроустановок. Как минимум, в вашем вводном щитке появится три независимых провода: фаза, рабочий ноль и защитное заземление. Останется лишь заменить проводку в розеточной сети.

Но капитальный ремонт может быть выполнен через несколько лет, а вы уже сегодня пользуетесь бойлером и стиральной машинкой без заземления, или того хуже — с защитным занулением. Выход один: организовывать заземление самостоятельно. Если вы живете в частном доме — техническая сторона вопроса существенно упрощается. А вот для многоэтажек, стоимость и сложность работ зависит от этажа.

Как вариант — организовать вскладчину с соседями шину заземления, с распаячными коробками на каждой лестничной клетке.

Шина должна быть неразъемной до самого ввода в грунт. Вблизи фундамента, желательно не в дорожном покрытии, а на клумбе, организуется контур заземления согласно Правилам устройства электроустановок. Каждый жилец подъезда может подключится общей шине и завести «землю» в квартиру. Далее есть два варианта:

Организовать контактную группу заземления в распределительном щитке, и заменить всю электропроводку на трехжильную.
Внутри плинтуса, протянуть земляной кабель под каждую розетку, и завести его в монтажные коробочки.

При любом способе, вы защитите и свои электроприборы, и главное — свое здоровье.

Защитное заземление его назначение и устройство