Защитное заземление: принцип работы и схемы

С 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

Принцип работы

Обычно его устанавливают для защиты при возникновении короткого замыкания. Если фазный проводник отсоединится и прикоснется к металлическому шасси установки, то корпус окажется под напряжением.

Правильно созданное защитное заземление образует электрическую цепь, имеющую низкое сопротивление. Именно этот путь является наиболее благоприятным для электрического тока, поэтому случайное прикосновение человека к корпусу не будет опасным (рис. выше).

Надо отметить, что такое устройство одновременно будет выполнять несколько важных функций:

1. Оно обеспечит защиту и в том случае, когда потенциально опасное напряжение на корпусе образовано не коротким замыканием, а индукционными токами. Такие ситуации возможны в установках с высоким напряжением и там, где допустимо воздействие излучения СВЧ.
2. При использовании глухозаземленной нейтрали и некоторых других схем подключения в цепи питания при коротком замыкании возникнут продолжительные и большие по амплитуде импульсы, достаточные для срабатывания автоматов, отключающих напряжение.
3. Если заземленное оборудование подвергнется удару молнии, то такой проводник обеспечит определенную защиту от повреждений.

Чтобы не ошибаться с терминологией, надо понимать действительное значение следующих названий:

• Рабочим называют заземление, которое выполняет функции второго проводника. Его используют для электрического питания установок, решения иных задач.
• Упомянутая выше защита от молнии не является целевым предназначением. Для обеспечения безопасности при грозах применяют специально предназначенные для этого устройства. Они рассчитываются на относительно большие величины токов и напряжений.

Схемы подключения

Чтобы выбрать оптимальный вариант необходимо знать, для каких целей применяется защитное заземление в конкретном случае. Ниже рассмотрены разные системы, их особенности, преимущества и недостатки.

Тип TN, с глухозаземленной нейтралью. По этой схеме подключается промышленное и бытовое оборудование, работающее в сетях с напряжением до и выше 1000 V. Нейтраль генератора (трансформатора) источника питания подключается к заземлителю. Устройства потребителей, а точнее корпуса, экраны, шасси, подсоединяют к общему проводнику.

Если электрическая схема создана в соответствии с международными стандартами, то по надписям можно понять следующее. Латинской буквой «N» обозначают «нулевой» проводник, который используется для работы оборудования. Его так и называют, функциональным. «PE» – проводник, использующийся для создания защитной цепи.  Буквами «PEN» обозначают проводник, предназначенный для решения функциональных и защитных задач.

Чаще всего используют следующие схемы. Их наименования отличаются буквой, которую через дефис добавляют к «TN».

Схемы подключения

Наиболее часто используемые схемы подключения

Достаточно высокие риски возникают при использовании воздушных линий электропередач. Они могут быть повреждены ураганом, иными негативными внешними воздействиями. Для обеспечения высокого уровня безопасности применяют схему TT.

Глухозаземленную нейтраль подсоединяют к генератору. Передача энергии осуществляется по четырем проводам. У потребителя устанавливают автономную систему заземления, к которой подключаются корпуса оборудования.

IT – последняя схема на рисунке. Здесь нейтральный провод генератора (другого источника) изолирован. Корпуса электрических установок заземлены. Подобные решения применяются часто в исследовательских центрах, чтобы паразитные наводки не искажали показания чувствительной аппаратуры.

Виды

Чтобы сопротивление было минимальным, желательно сократить длину защитного проводника. Это обеспечивают с помощью создания заземляющего контура по периметру объекта.

Заземлители разделяют также на искусственные и естественные. Это распределение по группам условно, так как в обоих случаях используются металлические части конструкций, находящиеся в земле:

• В первом – их создают специально, для системы заземления. Такой подход позволяет точно рассчитать сопротивление, размеры отдельных частей, иные важные параметры.

Естественный заземлитель – металлическая часть конструкции, находящейся в земле

• Второй вариант предусматривает подсоединение к металлическим частям конструкции здания, арматуре фундаментных блоков. Он экономичнее, так как для защиты применяются некоторые готовые детали. Однако надо учитывать, что для подключения оборудования понадобится прокладка соответствующих линий, которые будут иметь определенное нормативами сопротивление. Недостатком является относительная доступность обычному персоналу.

В частности, имеет значение уровень влажности.  При расчете проверяют удельное сопротивление и другие особенности грунтов.

Грунты, в которых устанавливают устройства заземления

Видео про заземление

Как подобрать и сделать защитное заземление в доме, рассказывается в этом видео.

В этой статье рассмотрен принцип работы защитного заземления и основные параметры соответствующих инженерных систем. Для точного соблюдения действующих норм надо изучить «Правила устройства электроустановок», утвержденные Министерством энергетики России в приказе от 08. 07. 2002 г. Требования к заземлению изложены в гл.1. 7 этого документа.