Защитное и рабочее заземление

Почему сопротивление земли мало

В соответствии с законом Ома ток всегда протекает по замкнутому контуру. В данном случае – от одного полюса электростанции до заземляющего электрода через электроустановку с ее системой заземления. При этом малое сопротивление заземления установки не является гарантией небольшого сопротивления обратной ветви рассматриваемой цепи. Действительно, удельное сопротивление грунта достаточно велико и, на первый взгляд, эффекта шунтирования тела человека элементами заземления не происходит.

Рисунок 1. Принцип действия заземления

При всей справедливости такого рассуждения оно не учитывает одно обстоятельство. В данном случае сказывается то, что за счет чрезвычайно большого, практически бесконечного сечения среды между заземляющими электродами электростанции и электроустановки сопротивление обратной ветви нашего замкнутого контура будет достаточно малым.

Это позволяет:

• системе заземления качественно выполнять свои защитные функции;
• обеспечить высокую надежность их реализации за счет отсутствия обрывов
• заметно сэкономить на прокладке дополнительного кабеля, соединяющего заземлители объекта и электростанции.

Что нужно заземлять и как сделать заземление

a http-equiv=»Content-Type» content=»text/html;charset=UTF-8″>ss=»align-left»>Большинству современных бытовых приборов требуется заземление, для чего, собственно, их и оснащают вилками со специальными дополнительными контактами. Однозначно не будут безопасно функционировать:

• стиральная машинка;
• бойлер;
• посудомойка;
• электродуховка;
• холодильник.

Вот зачем заземление требуется: без него перечисленные приборы могут бить током даже в исправном состоянии. Так уж у них устроена схема: оборудование защищено сетевым фильтром, а тот излишек потенциала (около 110 В) периодически сбрасывается на корпус.

Если так случается, то необходимо выяснить, есть ли заземление в квартире? Для этого:

• возьмите тестер и отвертку-индикатор;
• установите первый на 240 В переменного тока;
• найдите индикатором фазу;
• измеряйте напряжение в розетке;
• после проверьте, какое напряжение возникает при соединении фазы и контакта заземления.

Если в обоих ситуациях покажет что-то в пределах 220–230 — все в порядке, меньше — есть проблема.

Другое дело, когда заземление в розетке не предусмотрено. Так бывает во всех старых домах и квартирах. Советские ГОСТы не предусматривали трехпроводную схему прокладки, то есть в квартиру заходит только фаза и ноль.

И тут возникает логичный вопрос, как сделать заземление в розетке? Здесь все очевидно: в идеале следует заменить к ней кабель и подключить третью жилку к заземляющему контуру. Кстати, в новых домах заземлитель располагается в распределительном щитке, что на лестничной площадке. Однако для работы в нем требуется допуск, а значит придется вызывать электрика.

Теперь расскажу, как сделать заземление в квартире, если его в принципе нет во всем доме. По правилам, жилец обязан обратиться в управляющую компанию и потребовать установить контур.

Если же нужно решение срочно, то как делается заземление? Самый простой и безопасный вариант:

1. Приобретаете медный одножильный изолированный кабель, способный выдержать до 15 КВт (4 см² в сечении), а еще заземляющий стальной штырь (продается и легко опознается по наличию приваренного к тупому концу болта с гайкой).
2. Проложите кабель от заземляемой розетки и выведите его на улицу (непременно вдали от соседских окон). Спустите его до первого этажа.
3. Вбейте штырь в землю у фундамента. Присоедините к нему кабель.

Имейте только в виду, что такое заземление — решение временное. При капитальном ремонте контур необходимо заменить на более основательный.

Провода из стены: pixabay.com

Выясняя, зачем нужно заземление, легко убедиться, что оно является важным элементом комплексной защиты, необходимым условием нормальной работы домашней техники.

15:46

17:13

17:41

17:12

16:21

15:43

18:03

18:06

16:41

16:24

Особенности установки

Для того чтобы искусственная заземлительная конструкция эффективно выполняла защитную функцию, она должна быть правильно установлена с применением техники и специального оборудования. При укладке двух горизонтальных электродов от заземляемой части установки их необходимо располагать в противоположном направлении. Если количество заземлителей больше двух, их монтаж требуется проводить под наклоном в 90−120 градусов. Таким образом удастся достичь улучшенного показателя сопротивляемости деталей.

В процессе установки происходит распределение электрических потенциалов. Наличие существенной разницы показателей на поверхности земли и внутри неё повлечёт за собой возникновение опасных напряжений. С целью предотвращения такой ситуации и выравнивания параметров применяется искусственный заземлительный элемент в виде сетки, когда горизонтальные электроды располагаются вдоль и поперёк, а места их пересечений фиксируются сваркой.

Заземлители искусственного типа должны иметь естественный цвет, их нельзя окрашивать, поскольку это приведёт к образованию изоляционного слоя. Он ограничит протекание электричества в грунт. Покрывать битумной краской разрешается только места соединения проводников, обработанные сваркой. Такое покрытие защитит элементы от раннего разрушения.

Самой простой и эффективной (с точки зрения монтажа и эксплуатации) считается установка круглой заземлительной конструкции. Она имеет низкую себестоимость, поскольку для её изготовления требуется минимальное количество материалов. Коррозийная устойчивость круглого контура значительно выше, чем контуров другой формы.

https://youtube.com/watch?v=lj-i23-xzoc

Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью

1.7.100. В электроустановках с глухозаземленной нейтралью нейтраль генератора или трансформатора трехфазного переменного тока, средняя точка источника постоянного тока, один из выводов источника однофазного тока должны быть присоединены к заземлителю при помощи заземляющего проводника.

Искусственный заземлитель, предназначенный для заземления нейтрали, как правило, должен быть расположен вблизи генератора или трансформатора. Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания.

Если фундамент здания, в котором размещается подстанция, используется в качестве естественных заземлителей, нейтраль трансформатора следует заземлять путем присоединения не менее чем к двум металлическим колоннам или к закладным деталям, приваренным к арматуре не менее двух железобетонных фундаментов.

При расположении встроенных подстанций на разных этажах многоэтажного здания заземление нейтрали трансформаторов таких подстанций должно быть выполнено при помощи специально проложенного заземляющего проводника. В этом случае заземляющий проводник должен быть дополнительно присоединен к колонне здания, ближайшей к трансформатору, а его сопротивление учтено при определении сопротивления растеканию заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора.

Во всех случаях должны быть приняты меры по обеспечению непрерывности цепи заземления и защите заземляющего проводника от механических повреждений.

Если в PEN-проводнике, соединяющем нейтраль трансформатора или генератора с шиной PEN распределительного устройства напряжением до 1 кВ, установлен трансформатор тока, то заземляющий проводник должен быть присоединен не к нейтрали трансформатора или генератора непосредственно, а к PEN—проводнику, по возможности сразу за трансформатором тока. В таком случае разделение PEN-проводника на РЕ- и N-проводники в системе TN—S должно быть выполнено также за трансформатором тока. Трансформатор тока следует размещать как можно ближе к выводу нейтрали генератора или трансформатора.

1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN— или РЕ-проводника ВЛ напряжением до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

При удельном сопротивлении земли r >100 Ом×м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01r раз, но не более десятикратного.

1.7.102. На концах ВЛ или ответвлений от них длиной более 200 м, а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания, должны быть выполнены повторные заземления PEN-проводника. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также заземляющие устройства, предназначенные для грозовых перенапряжений (см. гл. 2.4).

Указанные повторные заземления выполняются, если более частые заземления по условиям защиты от грозовых перенапряжений не требуются.

Повторные заземления PEN-проводника в сетях постоянного тока должны быть выполнены при помощи отдельных искусственных заземлителей, которые не должны иметь металлических соединений с подземными трубопроводами.

Заземляющие проводники для повторных заземлений PEN—проводника должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 1.7.4.

Таблица 1.7.4

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Разновидности конструкций

Применение неправильно подключённых электроприборов может быть небезопасным. Опасность состоит в том, что в процессе использования может случиться пробой, в результате которого напряжение перейдёт на корпус устройства. Это напряжение может как вывести из строя сам прибор, так и нанести человеку электротравму разной степени тяжести (вплоть до летального исхода). Для предотвращения подобных проблем могут быть использованы два вида заземления:

• Естественное. К нему относятся массивные конструкции, постоянно находящиеся в земле. Роль естественных заземлителей отводится фундаментам зданий, водопроводным трубам, металлоконструкциям и шпунтам, хорошо закреплённым в грунте. Достоинство таких конструкций в том, что на обеспечение заземления с их помощью не требуется дополнительных затрат. Однако сопротивление естественного контура невозможно рассчитать.
• Искусственное. Заземление такого рода создаётся специально из горизонтальных и вертикальных элементов (электродов), изготовленных из определённого материала и имеющих конкретный размер. В качестве основных элементов искусственного контура чаще всего выступают стальные детали, имеющие круглую или угловую форму. Качество такого заземления зависит от сопротивления, которым обладают искусственные заземлители. Определение сопротивления каждого электрода осуществляется по специальной формуле.

Во всех современных устройствах, работающих за счёт электроэнергии, предусмотрено заземление. Всё, что требуется сделать — просто обеспечить соединение с основной заземлительной системой.

Почему в домах нельзя выполнять зануление?

Кстати этот случай наглядно показывает, почему в домах нельзя выполнять зануление, то есть присоединять корпуса приборов к нулевому проводу, как это иногда делают горе-электрики в домах где нет заземления. Действительно, пока все работает нормально, нет большой разницы к нулевому или заземляющему проводу присоединены корпуса защищаемых электроприборов. Но при отгорании нулевого провода на нем, а следовательно и на всех присоединенных к нулевому проводу приборах, появится напряжение 220 В. То же самое произойдет, если при ремонте распределительного щитка электрик перепутает нулевой провод с фазным. В этом случае корпуса приборов окажутся присоединенными не к нулевому, а к фазному проводу и на них тоже будет присутствовать напряжение 220 В.

Итак, токовая цепь это путь тока от подстанции к потребителю и обратно от потребителя к подстанции. Если в каком-то месте она нарушена, тока в цепи не будет. Сидящих на проводах птиц не бьет током только потому, что нет цепи для прохождения тока. Стоящего на резиновом коврике электрика не бьет током, потому что коврик мешает току вернуться на подстанцию по цепи: фазный провод -> электрик -> земля -> подстанция. Вот и причина того почему при одном и том же напряжении ток может лишь слегка щипнуть человека, а может и убить. Все зависит от того есть ли у него надежный путь для возвращения на трансформаторную подстанцию или нет. Если есть, то попавшему под напряжение человеку мало не покажется.

В интернете описан трагический случай, произошедший с мальчиком, захотевшим сделать уроки в вечернем саду. Он взял включенную в сеть настольную лампу с удлинителем и начал выносить ее из дома. Лампа была неисправна – находящийся под напряжением фазный провод касался корпуса лампы. Мальчик держал в руках находящийся под напряжением корпус лампы, но током его не било. Сухой деревянный пол мешал току вернуться к подстанции. Как только мальчик сошел с крыльца и наступил на землю, создалась замкнутая токовая цепь: трансформаторная подстанция -> фазный провод -> настольная лампа -> человек -> земля -> снова трансформаторная подстанция и мальчик был убит током. Трагедии могло не быть. Если бы лампа, удлинитель и проводка в доме были заземлены, то ток с корпуса лампы утекал бы через заземление, не причиняя вреда мальчику.

Если в доме нет возможности установить заземление, то хотя бы следует помнить что у тока не должно быть возможности возвратиться на подстанцию через землю. Только по специально предназначенному для этого нулевому проводу. Ни в коем случае нельзя одновременно касаться электроприборов и заземленных частей, таких как батареи, водопроводные трубы и т п, чтобы не дать току возможность пройти через вас в землю и вернуться к подстанции. Если в помещении сырой пол, то желательно чтобы на вас была обувь с непромокаемой подошвой, которая станет преградой между вами и проводящим полом, в случае если вы случайно попадете под напряжение.

Разновидности вертикальных заземлителей

Распространены следующие виды вертикальных заземлителей:

• традиционный;
• модульный;
• гибкий;
• бесконтактный;
• для засушливых регионов.

Традиционный

Самый простой вариант. Отрезки стального проката длиной до 5 м вколачивают в землю кувалдой или специальным электроинструментом.

Для изготовления электродов используются:

• уголок: минимальная толщина полки — 4 мм;
• полоса: минимальная толщина — 4 мм, минимальное сечение — 48 кв. мм;
• труба: минимальная толщина стенки — 3,5 мм;
• прут: минимальный диаметр — 10 мм, оцинкованного — 6 мм.

Заземлитель молниеотвода

Минимальное сечение электродов и подводящих шин для заземлителей молниезащиты составляет 160 кв. мм.

Круглые электроды наиболее предпочтительны, поскольку:

• при том же сечении имеют меньшую площадь поверхности, потому меньше ржавеют;
• легче вбиваются в грунт;
• требуют в 1,5 раза меньших затрат стали и обходятся в 1,75 раза дешевле прочих разновидностей.

Недостаток традиционного заземлителя: глубина залегания относительно невелика.

Модульный (наращиваемый)

Используются круглые стержни, снабженные конструктивными элементами для прочного соединения. По мере погружения в грунт электрод наращивается, что позволяет достигать любой глубины.

Достоинства модульного заземлителя:

1. Высокая эффективность, обусловленная значительной глубиной погружения: чтобы обеспечить сопротивление в 2 Ома достаточно 1-го электрода длиной 12 м, тогда как 3-метровых для этого требуется 15 м и более.
2. Компактность: заземлитель занимает мало места на поверхности участка.
3. Долговечность: модули имеют коррозионноустойчивое медное или цинковое покрытие.

Параметры модулей:

• диаметр: 12 – 25 мм;
• длина: 1,2 – 5 м.

Применяются разные способы соединения секций:

• резьбовыми муфтами;
• резьбовое без муфты (стержни навинчиваются один на другой);
• муфтой без резьбы;
• фрикционный метод: один стержень заклинивается в другом.

При выборе модульного заземлителя внимание обращают на характеристики покрытия:

• толщина;
• адгезия: подразумевается сила сцепления покрытия с основным материалом, препятствующая его соскальзыванию в процессе внедрения в грунт.

Гибкий

Электрод изготовлен в виде тонкостенной трубы из нержавеющей стали (толщина стенки составляет 1 – 2 мм) с находящимся внутри сердечником из полужесткого пластичного материала.

Он хорошо переносит процесс забивания, но при попадании на препятствие в грунте (камень и пр.) изгибается и обходит его. Наконечник делают закругленным, чтобы он лучше соскальзывал с препятствия.

Стандартный диаметр стальной трубы — 15 мм. Диаметр «начинки» из пластичного материала больше, за счет чего она после запрессовывания в трубу удерживает последнюю от смятия.

Другой способ изготовления упругого сердечника — заливка в трубу эпоксидной смолы, какого-нибудь эластомера или полиуретана. При отвердении эти материалы стремятся увеличиться в объеме, чем и обеспечивается требуемый натяг.

Выгоды от использования электродов данного типа:

• возможность обходить твердые включения в грунте;
• уменьшение затрат стали.

Бесконтактный

При конструировании этого заземлителя преследовалась цель исключить контакт металлического электрода со средой грунта, вызывающей электролитическое растворение металла.

Бесконтактный заземлитель сооружается так:

1. В грунте бурят скважину.
2. Вставляют в горловину скважины трубу из гетинакса или иного изолятора, так чтобы она располагалась выше уровня земли.
3. Засыпают в скважину и трубу токопроводящую засыпку.
4. Внедряют в засыпку металлический электрод такой длины, чтобы его нижний конец был выше поверхности земли.
5. Кладут на засыпку тяжелый диск с отверстием для электрода, компенсирующий усадку засыпки и поддерживающий таким образом ее плотность и хороший контакт с электродом.

При таком подходе срок службы электрода увеличивается в 5 – 10 раз. Особенно уместно данное решение в зонах с агрессивными грунтами.

Для засушливых регионов

В грунте устраивается железобетонная емкость с люком вверху для заполнения водой. К низу емкости подсоединяют сеть из стальных труб с отверстиями в стенках для истечения воды, выполненными с определенным шагом. Эти трубы покрываются материалом, впитывающим влагу, например, бетоном или цементом.

Марку раствора необходимо подобрать так, чтобы добиться оптимальной скорости фильтрации влаги в грунт. Тогда воду в заземлитель придется заливать реже. Подключение заземляемого элемента осуществляется к арматурному каркасу ж/б емкости.

Соединение элементов в конструкции

Неважно из чего сделаны детали конструкции, из металла или железобетона, главное то, что они должны соединяться таким образом, чтобы в этих деталях образовалась электрическая цепь, проходящая по самому металлу. Если конструкция железобетонная, то следует дополнительно подготовить закладные детали в ней

Их наличие должно быть на каждом этаже объекта недвижимости.

Благодаря этим закладным деталям в устройстве можно соединить электрическое или технологическое оборудование, которое следует заземлить. Если в зданиях существуют соединения в виде болтов, заклепок или сварки, то их будет достаточно для того, чтобы смонтировать постоянную электрическую цепь. Если же подобные соединения отсутствуют то можно использовать гибкие перемычки, которые приваривают к элементам конструкции. Сечение перемычек должно быть от ста квадратных миллиметров.

Что нельзя использовать из железобетонных конструкций в качестве заземлителей? Если сборный фундамент выполнен из железобетона, то естественный заземлитель к нему лучше не подсоединять. Если есть возможность, то лучше сначала соединить между собой арматуру близлежащих блоков, и лишь потом приступать к изготовлению естественного заземления. Если такое соединение осуществить нет возможности, то тогда лучше всего сделать искусственный заземляющий контур.

Между собой железобетонные конструкции соединяются следующим образом: в случае, если фундамент здания осуществлен из свай, тогда арматуру свай соединяют с блоками фундамента или с арматурой ростверка с помощью электродуговой сварки. Но такая сварка не подойдет для пространственных колон и металлических каркасов. В этом случае применяют точечную сварку.

Ссылки по теме

• ГОСТ Р 51177-2017
  / Нормативный документ от 26 октября 2018 г. в 16:22
• Электроснабжение промышленных предприятий и установок
  / Нормативный документ от 23 января 2014 г. в 17:15
• Васильев А.Г., Иванов С.А. Пошаговая инструкция по разработке проекта внутреннего электроснабжения
  / Нормативный документ от 4 февраля 2020 г. в 12:04
• ГОСТ Р 56943-2016
  / Нормативный документ от 26 марта 2019 г. в 14:15
• ГОСТ Р 54073-2017
  / Нормативный документ от 26 марта 2019 г. в 13:58
• ГОСТ Р 55647-2018
  / Нормативный документ от 26 марта 2019 г. в 14:02
• ГОСТ 20551-93
  / Нормативный документ от 7 февраля 2019 г. в 13:11

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

Металлоконструкции, специально выполняемые для заземляющих цепей, характеризуются в качестве искусственного заземлителя. Используется этот вид электродов в таких случаях:

• невозможность применения естественных заземляющих элементов;
• превышение токовых показателей допустимых нагрузок на естественный заземлитель.

Такой структурный элемент заземления имеет определенную конфигурацию (материал, количество элементов, длина, месторасположение электродов).