При прокладке контура заземляющей защиты первым делом необходимо выбрать тип цепи, по которой будут проводиться работы. Опытные мастера рекомендуют выбирать схему типа TN-C-S. Основное его преимущество в том, что устройство находится в непосредственном контакте с землей. Контакт нейтрали и земли выполнен через один проводник и разделен на два отдельных проводника на входе в экран. Эта схема обеспечивает надежную защиту, поэтому нет необходимости устанавливать УЗО, а достаточно будет простых автоматов. Однако согласно ПУЭ обязательным является выполнение требований по механической защите общего контакта нейтрали и заземления (PEN), а также создание дополнительного резервного заземления на опорах на расстоянии 200 м или 100 м.
Защитное заземление
Заземляющими устройствами принято называть способные обеспечить надежные пути отвода аварийного тока в землю. Необходимость в этом может возникнуть по самым разным причинам, основная из которых заключается в создании условий для нормального функционирования электроустановки или в обеспечении безопасности работающих на ней людей. Эти функциональные различия следует четко понимать. Они помогут понять, что называется рабочим заземлением и чем оно отличается от защитных мероприятий. В рассмотренных ранее причинных определениях в первом случае используется рабочее или функциональное заземление, а во втором – его аналог.
Выписка из ПУЭ-7, п. 1.7.30. Рабочее (функциональное) заземление – заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).
В отличие от защитного заземления, которое предназначено исключительно для обеспечения безопасности людей, рабочее заземление предназначено для обеспечения нормальной работы электрооборудования и приборов.
Эта функция должна выполняться независимо от условий, в которых работает электроприбор: в нормальных штатных условиях или в аварийных ситуациях.
Функциональное заземление осуществляется самым прямым способом – соединением металлических токопроводящих частей с так называемым «заземлителем». Этот тип зарядного устройства позволяет использовать молниеотводы, которые соединяются с наземной конструкцией и защищают предприятия и другие объекты от грозовых разрядов. Эти же устройства помогают защитить оборудование от наведенных (или наведенных) ЭМП, представляющих для них не меньшую угрозу.
Защитное заземление
Защитное заземление — это преднамеренное соединение металлических не токоведущих частей с землей или эквивалентным заземлением для защиты людей от поражения электрическим током.
В этом случае естественные водоемы также могут брать на себя функцию заземлителя, что означает уже заложенные в землю элементы зданий и соединения.
С помощью искусственных и естественных заземляющих конструкций можно предотвратить поражение человека электрическим током в ситуациях, когда корпус оборудования или бытовых приборов случайно оказывается под напряжением. В этом случае срабатывает принцип шунтирования аварийной цепи с меньшим сопротивлением, через которую опасный ток «уходит» на землю.
Согласно этому рисунку, через тело человека, прикоснувшегося к телу, протекает лишь малая часть всего тока, а большая его часть «падает» на землю по параллельной цепи.
Цели и принципы работы
Оперативное заземление применяется для снижения уровня напряжения, проходящего между корпусом устройства, находившегося под действием тока в результате аварии, и землей до безопасного для человека значения.
При правильной работе ток через человека будет безопасным, так как контактное напряжение минимально. В этих условиях из-за заземляющего провода подавляющая часть электричества будет направлена на землю.
Принцип действия защитного заземления
В случае электродвигателя или трансформатора арматура электрической лампочки или трубки электропроводки обычно не запитаны на землю из-за изоляции токоведущих частей. Однако при нарушении изоляции любая из этих металлических частей может оказаться под напряжением, во много раз равным фазному напряжению. Изолированный двигатель обычно электрически соединен с машиной, которую он приводит в движение, например, установлен на станке. Таким образом, рабочий, удерживающий рычаги управления станком, мог непреднамеренно оказаться под напряжением. Для снижения риска травмирования людей при повреждении изоляции токоведущих частей применяют различные мероприятия, среди которых наиболее распространены защитное заземление металлических частей электроустановок, как правило, не находящихся под напряжением, и их заземление.
Защитное заземление заключается в том, что заземленные металлические детали соединяются через электрический проводник с заземлителем, т. е. с металлическим предметом, находящимся в непосредственном контакте с землей или с группой таких предметов. Чаще всего это угловые стальные стержни, вбитые вертикально в землю и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой. Благодаря защитному заземлению значительно снижается напряжение, которое может испытать человек при прикосновении к заземленной части. Однако заблуждение состоит в том, что это напряжение равно нулю, поскольку все, что электрически соединено с землей, должно иметь потенциал земли, то есть нуль. Дело в том, что землю можно рассматривать как электрический проводник с определенным сопротивлением электрическому току, с падением напряжения на пути тока, то есть с разным потенциалом точек земли вблизи заземлителя и на большом расстоянии от него, где потенциал действительно можно считать нулевым.
Если представить себе полусферический заземлитель (рис. 1), то ток в земле распространяется во все стороны от этого заземлителя в радиальных направлениях. Сечение «земляного проводника» определяется площадью полусфер любого радиуса и увеличивается по мере увеличения радиуса. В результате снижается сопротивление земли распространению тока. Как показывают опыты, падение напряжения на участке однородного грунта радиусом 1 м от поверхности заземлителя составляет около 68 % от полного напряжения на заземлителе, т. е. напряжения между заземлителем и точками нуля. потенциал, расположенный на расстоянии около 20 м от такого заземления. Примерно так же, как на рис. 1 эта кривая выглядит как другая конструкция концентрированного заземлителя.
Различия между рабочим и защитным заземлениями
Рабочее и защитное заземления различаются, прежде всего, назначением. Если первое необходимо для правильной и бесперебойной работы электрооборудования, то второе – для защиты людей от поражения электрическим током. Он также защищает оборудование от повреждений в случае выхода из строя электрического устройства на корпусе. Если здание оборудовано громоотводом, этот тип заземления защищает оборудование от перегрузки в случае удара молнии.
Электрическое заземление выполняет защитную роль в аварийной ситуации, но его основная функция заключается в обеспечении правильной бесперебойной работы электрооборудования.
Функциональное заземление используется только на промышленных предприятиях в немодифицированном виде. В жилых домах используется заземляющий проводник, который подключается к розетке. Однако в доме есть бытовые приборы, таящие в себе потенциальную опасность для потребителя, поэтому их заземление глухозаземленным нулевым проводом не будет лишним.
Приборы, которые должны быть подключены к функциональному заземлению:
- Микроволновая печь.
- Духовка и плита, которые работают на электричестве.
- Стиральная машина.
- Системный блок персонального компьютера.
Один из способов строительства заземлителя
В конструкции заземлителей часто используют вертикальные заземлители. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине залегания таких электродов сопротивление их заземления (ухудшение основной характеристики) заметно возрастает зимой из-за промерзания верхнего слоя грунта. , что приводит к значительному увеличению его удельного электрического сопротивления. Стальные трубы, штифты/стержни, уголки и т.д. их почти всегда выбирают в качестве вертикальных электродов. стандартный прокат большой длины (более 1 метра) с относительно небольшими размерами поперечного сечения. Такой выбор связан с возможностью легкого проникновения таких элементов в грунт, в отличие, например, от плоского листа.
Существует два основных метода/традиционных решения для изготовления заземляющих электродов. Оба основаны на использовании вертикальных заземлителей.
При таком подходе в качестве заземляющих электродов используются небольшие (2-3 метра) стальные уголки/штыри. Для образования заземлителя их соединяют между собой вплотную к поверхности земли стальной полосой, привариваемой к этим элементам электро- или газовой сваркой.
Причины распространения функционального заземления
Первая причина
В 90-х гг., с возрастающим распространением вычислительной техники, мощность которой постоянно возрастала, возникла необходимость гарантировать ее надежную работу в сетях TN-C.
На рис. 1 представлена рабочая схема заземления с использованием PEN-проводника (совмещенный нулевой рабочий и нулевой защитный PE):
Информация передается между двумя компьютерами по линии связи. Давайте возьмем заземление тела в качестве отправной точки. Заземление через PEN-проводник, по которому протекают рабочие токи, приводит к возникновению разности потенциалов между корпусами устройств. Получается, что при работе устройств с большими реактивными токами в линию связи вносятся разность потенциалов, пульсации, гармоники и высокочастотные помехи.
Решением проблемы стало локальное применение отдельной системы рабочего заземления, обеспечившей стабильную работу компьютеров. Стоит отметить, что стоимость перехода на «пятипроводную» систему TN-S была существенно выше.
Вторая причина
Распространению функционального заземления способствовало и плохое состояние защитного заземления в электроустановках. При доставке «чувствительного» электронного оборудования заказчику требовалось создать отдельную площадку.
Третья причина
Появление специфических и жестких требований по защите информации, специальных лабораторий и других подобных объектов также способствовало распространению ФЭ.
Для чего делают несколько заземлителей
Электроустановку нельзя оборудовать только одним заземляющим проводником, так как заземление является нелинейным проводником. Сопротивление заземления сильно зависит от напряжения и площади контакта со вставленными штифтами рабочего заземления. Для заземлителя площадь соприкосновения с землей будет недостаточной, чтобы гарантировать бесперебойную работу электроустановки. Если установить 2 заземлителя на расстоянии нескольких метров друг от друга, появится достаточная площадь контакта с землей. Однако стоит помнить, что слишком сильно разбрасывать металлические части грунта нельзя, так как связь между ними будет нарушена. В результате останется только два заземлителя, установленных отдельно в земле, никак не связанных друг с другом. Оптимальное расстояние между двумя контурами заземления 1-2 метра.
Технологическое заземление
Технологическим называют заземление, обусловленное требованиями технологического процесса. Он может выполнять множество функций: защита оборудования, безопасность людей, точность измерений и т.д.
Функциональное назначение технологического заземления в каждом случае индивидуально и зависит от используемого оборудования.
