Назначение и способы заземления электроустановок защитная изоляция защитные средства

Обновлено: 18.04.2024

Защитное заземление и защитное зануление

Согласно действующим техническим нормативам (ПУЭ, в частности) при эксплуатации любого электрооборудования повышенное внимание уделяется защите рабочего персонала и частного потребителя от удара электрическим током. При исследовании этой проблемы обычно затрагиваются такие технические вопросы, как:

что называют защитным заземлением вообще?;
возможность подключения к элементам контура и выбор типа заземляющего устройства (ЗУ);
что предпочтительнее: защитное заземление или так называемое «зануление»?

Еще одним немаловажным моментом является желание пользователя ознакомиться с тем, как можно рассчитать рабочие параметры заземлителя и как работает эта конструкция. Каждый из этих вопросов, касающихся устройств защитного заземления нуждается в отдельном и тщательном рассмотрении.

Содержание

Классификация заземляющих систем (естественные и искусственные конструкции)

В качестве заземляющих устройств с характеристиками, соответствующими требованиям ПУЭ, широко применяются как естественные, так и искусственные системы и приспособления. Естественными ЗУ называются уже заглубленные в землю металлические конструкции и трубопроводы или их части, находящиеся в непосредственном соприкосновении с грунтом.

Дополнительная информация: К ним также относят не имеющие разрывов оболочки кабелей, металлические шпунты и подобные им элементы заземленных конструкций и систем коммуникации.

Поскольку на обустройство таких ЗУ специальных затрат совершенно не требуется – действующими нормативами они рекомендуются к применению в первую очередь. И только в случае, если естественные заземляющие конструкции отыскать не удается – приходится устраивать их искусственный аналог. Для выяснения того, что является определением понятия искусственного заземления, потребуется разобраться с ним более подробно.

Под такой системой понимается устройство, изготавливаемое специально в целях организации местного заземления на трансформаторной подстанции или на стороне потребителя. В качестве элементов конструкции традиционно применяются вбиваемые вертикальные или укладываемые горизонтальные стальные заготовки. В первом случае используются стальные прутки диаметром не менее 12 мм и длиной 3-5 метра, а во втором – уголки с типоразмером 50x50x6 мм. Для этой же цели могут выбираться металлические трубы диаметром не менее 6 мм.

Вертикальные электроды (смотрите фото слева) забиваются в грунт на глубину 2,5 метра, для чего в нем предварительно подготавливается траншея глубиной около 0,5-0,6 метра. Оголовок вбитого электрода должен выступать над поверхностью земли выкопанной траншеи на высоту порядка 0,1-0,2 метра. Вертикальные элементы конструкции соединяются с горизонтальными перемычками на сварку.

Обратите внимание: Систему траншей с размещенными в них электродными прутьями необходимо засыпать выбранной ранее землей, очищенной от крупных камней и постороннего мусора.

Выбор параметров электродных прутьев и глубина их погружения зависят от характера грунта в данной местности и особенностей ее климатических условий.

Согласно ГОСТ и действующим положениям ПУЭ сопротивление Rз контура заземления на протяжении периода эксплуатации должно составлять:

не более 8 Ом при питающем фазном напряжении подстанции 220/127 Вольт,
порядка 4 Ома при линейном питающем напряжении 380 Вольт;
не более 2-х Ом при электропитании 660/380 Вольт.

Эти параметры действительны для случая, когда ЗУ применяются в сетях напряжением до 1000 Вольт. Если они обустраивается для действующих электроустановок с рабочими напряжениями выше 1000 Вольт и с малыми токами замыкания на землю – сопротивление высчитывается по специальным формулам (смотрите ПУЭ).

Защитное заземление и зануление

Чтобы понять, что такое защитное заземление – потребуется разобраться в особенностях организации и обустройства. При этом важно научиться отличать его от рабочего аналога, необходимого для нормального функционирования питающих цепей. Защитное заземление в отличие от рабочего обеспечивает безопасные условия для обращения с оборудованием, открытые части которого в случае аварии оказываются под напряжением. Однако нередки ситуации, когда обустроить защитный контур на конкретном объекте не представляется возможным. Это может быть связано с отсутствием условий для его размещения или другими причинами организационного характера.

Важно! Для защиты человека от удара током в условиях, когда невозможно организовать обычное заземление, используется защитное зануление.

Чтобы детально разобраться в том, что это такое защитное зануление потребуется ознакомиться с принципом его действия. Суть этой системы заключается в соединении открытых токопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением, с наглухо заземленной нейтралью питающей линии (трансформатора).

Таким образом, защитное заземление и зануление для электроустановок, как системы, решают одну и ту же задачу обеспечения безопасности человека, но каждая по-своему (смотрите фото выше). В первом случае для организации цепочки стекания аварийного тока применяется местное заземляющее устройство, снижающее высокий потенциал на корпусе оборудования до безопасного уровня. При обустройстве системы зануления используется нейтраль питающей сети, позволяющая превратить аварийную ситуацию в обычное однофазное замыкание. Областью применения защитных занулений являются все случаи, когда невозможно применить обычную систему заземления.

Назначение и принцип работы защитного заземления

Уже отмечалось, что система электрического заземления предназначена для защиты персонала, обслуживающего электроустановки и рядовых пользователей от высокого напряжения. Опасный потенциал чаще всего попадает на металлические части оборудования или бытовых приборов совершенно случайно (из-за повреждения изоляции, например). Назначение и сам принцип действия ЗУ проще понять, если вспомнить о том, что надежный контакт с землей приводит к растеканию опасного тока и снижению уровня потенциала.

Таким образом, назначение защитного устройства – создать условия, уменьшающие риск поражению живых организмов током опасной величины за счет снижения напряжения в точке замыкания.

Принцип действия системы заземления заключается в снижении высокого потенциала, случайно оказавшегося на корпусе оборудования, до безопасного для организма человека значения. В отсутствие функционального заземления неумышленное прикосновение к нему равносильно непосредственному контакту с фазной жилой. С учетом того, что оператор чаще всего стоит на железобетонном полу, а обувь у него не всегда сухая – через его тело может протекать значительный по величине ток.

Наличие функционального заземления создает условия для того, чтобы основная часть тока с системы стекала в землю. Его доля, приходящаяся на организм человека, будет ничтожно мала и не причинит ему никакого вреда (смотрите фото слева). Это гарантирует требуемый уровень электробезопасности при работе с заземляемым устройством.

Дополнительная информация: Системы заземления наряду с уже известным нам техническим занулением – не единственные варианты обеспечения безопасности при эксплуатации электроустановок.

Наряду с ними ПУЭ рекомендуются к применению специальные устройства аварийного отключения питающей линии (УЗО), срабатывающие при появлении утечек на землю.

Как рассчитать систему заземляющих элементов

Знакомство с порядком расчета заземления следует начать с выяснения того, какую величину принимать за определяющий показатель и для какой цели применяется сама процедура. Этим параметром является сопротивление защитного контура, зависящее от таких технических показателей, как:

Габариты и форма заземляющей системы.
Глубина ее погружения в землю.
Состояние грунта в данной местности.

Важно: Большой «вклад» в формирование проводимости цепочки стекания тока вносит переходное сопротивление контактов в конструкции самого ЗУ.

Известно, что контур искусственного заземления состоит из комплекта вертикальных и горизонтальных металлических элементов и медной соединяющей их шины. С целью обеспечения минимального сопротивления стеканию тока в землю необходимо:

использовать заземляющие системы с большой площадью контакта с грунтом (при необходимости – увеличить количество вертикальных штырей и их шаг);
постоянно следить за состоянием почвы в месте расположения устройства и уметь определять удельное сопротивление грунта;
контролировать надежность сварных соединений.

Для оценки реальных показателей эффективности ЗУ необходимо ознакомиться с существующими методиками измерения проводимости заземляющей системы.

Типовые методики расчета

Для расчета защитного заземления потребуется заранее определиться со следующими исходными показателями:

Размеры и общее число вбитых в грунт штырей из стали.
Расстояние, оставляемое между ними (шаг установки).
Глубина заложения прутьев.
Удельное сопротивление самой почвы в месте обустройства ЗУ.

Помимо них важно учитывать геометрическую форму и материал заготовок, из которых сваривается система из заземлителей (либо это типовой стальной уголок, либо медная полоса и тому подобное).

Согласно действующей нормативной документации (ПУЭ, в частности) минимальные размеры выбранных заготовок должны быть не менее:

полоса стальная с сечением не менее 100 мм2;
стальной уголок со сторонами 4х4 мм;
круглый стальной брусок сечением 16 мм2;
металлическая труба диаметром 32 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм.

Минимальные размеры штырей или арматурных прутьев, используемых для изготовления системы ЗУ, выбирается из следующих соображений. Длина заготовок не может быть менее 1,5-2 метра. Расстояния между ними берется кратным длине каждого стержня. В зависимости от того, какая площадка выбирается для обустройства ЗУ, они устанавливаются либо в ряд один за другим, либо в виде квадрата или правильного треугольника. Согласно применяемой методике расчета основная его задача – определиться с числом стержней и параметрами соединяющей из полосы (ее длиной и толщиной).

Для расчета всех параметров защитного заземления Вы можете воспользоваться онлайн калькулятором на нашем сайте.

Пример расчета элементов ЗУ

В качестве примера рассмотрим расчет сопротивления стеканию аварийного тока для вертикального стержня, взятого в единственном экземпляре (чертеж справа).

Для его проведения потребуется знать следующие исходные данные:

ρ – удельное сопротивление грунта в этом месте (в Омах на·метр);

L – длина стержня в метрах;

d – его основной типоразмер (диаметр) в метрах;

Т – расстояние до середины прутка от поверхности в метрах.

Если учитывать величину, ограничивающую растекание тока для горизонтальных элементов ЗУ, то сопротивление для их вертикальных аналогов вычисляется по следующей формуле:

В ситуации, когда заземляющее устройство обустраивается в неоднородном грунте (специалисты называют его двухслойным), удельное сопротивление рассчитывается так:

где – Ψ представляет собой сезонный коэффициент;

ρ1 и ρ2– удельные сопротивления различных слоев местного грунта (верхнего уровня и нижнего слоя соответственно), измеренные в Омах на·метр;

Н – толщина слоя, расположенного в верхней части грунта в метрах;

t – общее заглубление вертикальных элементов (глубина всей траншеи), равное примерно 0,7 метра.

Нужное число стержней (без учета горизонтальных компонентов) определяется следующим образом:

где Rн представляет собой нормируемое согласно ПТЭЭП сопротивление растеканию.

Если учитывать горизонтальные составляющие ЗУ, то формула для числа вертикальных штырей примет следующий вид:

где ηв – это коэффициент использования системы, указывающий на то, насколько сильно токи растекания от единичных элементов влияют друг на друга (при их различном расположении).

Дополнительная информация: При параллельном размещении системы из прутьев взаимное влияние токов растекания единичных штырей проявляется значительно сильнее.

Отличие рабочего заземляющего провода от защитной шины

Рабочий и защитный заземляющие проводники отличаются один от другого, прежде всего, своим назначением. Первый из них служит целям обеспечения нагрузки фазным током, создавая цепь для его протекания от трансформатора к потребителю. Второй же используется целенаправленно для обустройства систем заземления (как на станционной стороне, так и у потребителя).

Обратите внимание: На производстве или в частных домах, например, заземляющая жила используется для организации так называемого «местного» или повторного заземления.

Таким образом, основное функциональное назначение рабочей шины – создание условий для бесперебойной работы станционного и местного электрооборудования за счет прокладки отдельной от защитного проводника линии. Система заземления функционально решает совсем иные задачи – она создает условия для безопасного режима эксплуатации этого оборудования. Кроме того, к ней подключаются установленные на предприятиях или в частных домах молниеотводы. Она же используется при необходимости создания систем заземления и уравнивания потенциалов в электроустановках.

Чтобы не путать эти два типа заземляющих проводников на электрических схемах – специально введены буквенные и цветовые обозначения, указывающие на способ их монтажа (совмещенный или раздельный). В первом случае общий провод обозначается как PEN, а при раздельной прокладке они функционально разделены на PE защитный и на N, нулевой или рабочий (фото слева). В зависимости от способа оформления этих двух проводников различают несколько видов систем заземления, допустимых к применению в российских питающих сетях.

Требования, контроль, проверка

При обустройстве и эксплуатации систем заземления организации контроля их состояния уделяется повышенной внимание. Перед проведением этих мероприятий в первую очередь необходимо ознакомиться с содержанием терминов, используемых для описания процедур. Под «проверкой» понимается визуальное обследование систем заземления на соответствие следующим требованиям:

надежность контактов в местах сочленения элементов ЗУ;
отсутствие следов разрушения на открытых частях конструкций и подводящих медных шин;
состояние защитной окраски, которую рекомендуется регулярно обновлять, а также наличие маркировки на подводящих проводниках.

Под словом «контроль» понимают периодические испытания заземляющих контуров с целью выявления соответствия их сопротивлений стеканию тока установленным ПУЭ нормам. Согласно требованиям этого документа оно не должно превышать нескольких единиц Ома.

Дополнительная информация: Для контроля состояния заземления потребуются измерительные приборы, подключаемые к конструктивным элементам по специальной схеме.

Согласно требованиям ПУЭ действующие ЗУ должны проверяться не реже чем один раз в полгода (визуальный осмотр). Та же процедура, сопровождающаяся выборочным вскрытием земляного покрова в подозрительных местах, проводится не реже одного раза за 12 лет. При организации контроля исправности и надежности функционирования систем ЗУ также исходят из рекомендаций ПУЭ, определяющих какие напряжения не требуется применять при проверке сопротивления контура, а какие – можно.

Кроме того, типовые методики проводимых периодически контрольных обследований предполагают обязательное измерение сопротивления электрического контура, называемого «петлей фаза-нуль». Эта искусственно создаваемая система формируется путем замыкания отдельно взятого фазного провода на металлический корпус подключенной к действующей сети электроустановки.

По сути, такая петля образуется между фазной шиной и заземленным нулем, что и стало поводом для присвоения ей такого названия. Знание этого параметра позволяет точнее контролировать цепи заземления с целью обеспечения требуемой эффективности защиты (стекания аварийного тока в грунт). От величины сопротивления этого контура зависит безопасность обслуживающего персонала и работающих с бытовыми приборами людей.

Как определить сопротивление петли «фаза-нуль»

Требования, содержащиеся в правилах ПТЭЭП, предписывают постоянный контроль состояния ЗУ, обеспечивающих безопасность эксплуатации бытового и промышленного электрооборудования. Согласно этим нормативам в системах до 1000 Вольт с заземленной наглухо нейтралью они обязательно проверяются на одиночное фазное замыкание. Используемые методики испытаний, прежде всего, опираются на техническую базу, представленную образцами измерительных приборов специального назначения.

Измерительная аппаратура

Для проверки сопротивления контурной цепочки замыкания «фаза нуль» традиционно применяются электронные приборы, отличающиеся малой погрешностью измерений. К наиболее известным образцам измерительной техники этого класса относят:

Измерители марок М 417 и MSC 300, позволяющие определять проводимость контролируемых цепей (на основании полученных результатов токи КЗ в грунт вычисляются по специальным формулам).
Прибор ЭКО-200, предназначенный исключительно для определения токов КЗ.
Устройство ЭКЗ-01, используемое точно так же как и ЭКО-200.
Измерительный прибор марки ИФН-200.

М417 допускается применять при организации и проведении измерений в трехфазных цепях с заземленным наглухо нулем (в этом случае снятия питающего напряжения не требуется). В ходе испытаний используется метод падения напряжения при размыкании контролируемой цепи на время порядка 0,3 секунды. К неудобствам работы с этим прибором относят обязательность его калибровки перед началом каждого нового измерения.

Изделие MSC300 – это более совершенное техническое устройство, оснащенное сложной электронной начинкой в виде современных микропроцессорных чипов. При работе с этим прибором применяется метод снижения потенциала при включении в измеряемую цепь сопротивления величиной 10 Ом. Рабочее напряжение варьируется в границах от 180 до 250 Вольт, а время замера искомого параметра составляет около 0,03 секунды. При проведении замеров он подсоединяется к контролируемой линии в самой удаленной точке, а для начала работы с ним потребуется нажать кнопку «Старт». С результатами измерений можно ознакомиться после вывода их на встроенный цифровой дисплей.

В ситуации, когда в распоряжении пользователя не оказалось ни одного образца специальной измерительной техники – для практического определения сопротивления петли «фаза-нуль» могут применяться типовые вольтметр и амперметр. Требуемый результат находится по простейшей формуле, знакомой многим еще по школьному курсу физики.

Выводы

В заключительной части обзора отметим, что областью применения систем защитного заземления являются все электрическое оборудование, работающее как на стороне потребителя, так и в границах трансформаторной подстанции. Эти устройства характеризуются тем, что обеспечивают условия для безопасной работы обслуживающего персонала (защищают его от удара электрическим током). После знакомства с особенностями их обустройства и расчета ни у одного пользователя не должно остаться сомнений в том, для чего нужно заземление при эксплуатации электроустановок.

Защитное заземление в электроустановках (назначение, принцип действия, устройство, нормирование)

Заземление электроустановки — преднамеренное электрическое соединение ее корпуса с заземляющим устройством.

Заземление электроустановок бывает двух типов: защитное заземление и зануление, которые имеют одно и тоже назначение - защитить человека от поражения электрическим током, если он прикоснулся к корпусу элекроустановки или других ее частей, которые оказались под напряжением.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение части электроустановки с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности. Предназначено для защиты человека от прикосновения к корпусу электроустаноувки или других ее частей, оказавшихся под напряжением. Чем ниже сопротивление заземляющего устройства, тем лучше. Чтобы воспользоваться преимуществами заземления, надо купить розетки с заземляющим контактом.

В случае возникновения пробоя изоляции между фазой и корпусом электроустановки корпус ее может оказаться под напряжением. Если к корпусу в это время прикоснулся человек - ток, проходящий через человека, не представляет опасности, потому что его основная часть потечет по защитному заземлению, которое обладает очень низким сопротивлением. Защитное заземление состоит из заземлителя и заземляющих проводников.

Есть два вида заземлителей- естественные и искусственные.

К естественным заземлителям относятся металлические конструкции зданий, надежно соединенные с землей.

В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы, стержни или уголок, длиной не менее 2,5 м, забитых в землю и соединенных друг с другом стальными полосами или приваренной проволокой.

В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземлитель с заземляющими приборами обычно используют стальные или медные шины, которые либо приваривают к корпусам машин, либо соединяют с ними болтами.

Защитному заземлению подлежат металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, щиты, шкафы.

Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление. При повреждении изоляции ток замыкания протекает по корпусу электроустановки, заземлителю и далее по земле к нейтрали трансформатора, вызывая на их сопротивлении падение напряжения, которое хотя и меньше 220 В, но может быть ощутимо для человека. Для уменьшения этого напряжения необходимо принять меры к снижению сопротивления заземлителя относительно земли, например, увеличить количество исскуственных заземлителей.

Обозначения системы заземления

Системы заземления различаются по схемам соединения и числу нулевых рабочих и защитных проводников.

Первая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления источника питания:

T — непосредственное соединения нейтрали источника питания с землёй.

I — все токоведущие части изолированы от земли.

Вторая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания:

T — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, независимо от характера связи источника питания с землёй.

N — непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с точкой заземления источника питания.

Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников: C — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN.

S — функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками.

Для предупреждения несчастных случаев от поражения электрическим током необходимо контролировать состояние изоляции проводов электроустановок.

Состояние изоляции проводов проверяют в новых установках, после реконструкции, модернизации, длительного перерыва в работе.

Профилактический контроль изоляции проводов проводят не реже 1 раза в 3 года.

Сопротивление изоляции проводов измеряют мегаомметрами на номинальное напряжение 1000 В на участках при снятых плавких вставках и при выключенных токоприемниках между каждым фазным проводом и нулевым рабочим проводом и между каждыми двумя проводами.

Защитное заземление и зануление в электроустановках

При параллельном включении трансформаторов их первичные и вторичные обмотки раздельно присоединяются параллельно к общим шинам (рис. 12). На схеме изображены два трансформатора, включенные на параллельную работу, но их число может быть и большим.

Для нормальной работы трансформаторов должны быть выполнены условия:

1.равенство номинальных первичных и вторичных напряжений

2.принадлежность трансформаторов к одинаковым группам;

3.равенство напряжений коротких замыканий, их активных и реактивных

На основании исследований различных режимов работы трансформаторов разработан ГОСТ 14209-85, регламентирующий допустимые систематические нагрузки и аварийные перегрузки силовых масляных трансформаторов общего назначения мощностью до 100 мВ·А включительно с видами охлаждения М, Д, ДЦ и с учетом температуры охлаждения среды.

Лекция № 17 (Нужно 2,5 часа)

Защитное заземление (сети с ИН)– преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.).

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

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

Рассмотрим два случая.

- Корпус электроустановки не заземлен. В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети.

- Корпус электроустановки заземлен. В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным:

Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае будут определяться по формулам:

Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока R_З, можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток через тело человека.

Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю I_З практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (типа IT) напряжением до 1 кВ, т.к. в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя.

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно

Область применения защитного заземления:

- электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT);

- электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двухпроводных сетях переменного тока изолированных от земли;

- электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT);

электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока.

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в электрических сетях сетях трехфазного тока…, с глухо заземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник (PE – проводник в системе TN – S).

Нулевым защитным проводником (PE – проводник в системе TN – S) называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока или с заземленным выводом источника питания однофазного тока, … или с заземленной средней точкой источника питания в сетях постоянного тока.

Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего и PEN – проводников.

Нулевой рабочий проводник (N – проводник в системе TN – S) – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока.

Совмещенный (PEN - проводник в системе TN– C) нулевой защитный и нулевой рабочий проводник – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника.

Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.

Область применения зануления:

электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (система TN – S; обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В);

электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;

электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Принцип действия зануления. При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя [1, c. 256 а] образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (т.е. есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока КЗ.

Следовательно, зануление обеспечивает защиту от поражения электрическим током при замыкании на корпус за счет ограничения времени прохождения тока через тело человека и за счет снижения напряжения прикосновения.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным.

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования. Поэтому выносные заземляющие устройства применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения.

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

- при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;

- при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;

- при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до таких значений, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается за счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

Защитным отключением называется автоматическое отключение электроустановок при однофазном (однополюсном) прикосновении к частям, находящимся под напряжением, недопустимым для человека, и (или) при возникновении в электроустановке тока утечки (замыкания), превышающего заданные значения. Оно предназначено для обеспечения электробезопасности, что достигается за счет ограничения времени воздействия опасного тока на человека. Защита осуществляется специальным устройством защитного отключения (УЗО), которое, работая в дежурном режиме, постоянно контролирует условия поражения человека электрическим током.

УЗО применяется в электроустановках в сетях с любым напряжением и любым режимом нейтрали.

Наибольшее распространение защитное отключение получило в электроустановках, используемых в сетях напряжением до 1 кВ с заземленной или изолированной нейтралью.

Принцип работы УЗО состоит в том, что оно постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной (уставкой). Если входной сигнал превышает уставку, то устройство срабатывает и отключает защищенную электроустановку от сети. В качестве входных сигналов устройств защитного отключения используют различные параметры электрических сетей, которые несут в себе информацию об условиях поражения человека электрическим током.

Расчет заземляющего устройства подстанции будет рассмотрен в практической работе.

Требования безопасности по защите от поражения электрическим током изложены в ГОСТ Р 50571.3 - 94

Принцип работы УЗО

Рассмотрим такое устройство: ферромагнитный сердечник с тремя обмотками. Через первую обмотку проходит ток, уходящий потребителям (фазный провод), по второй обмотке проходит обратный ток (нулевой провод). Если утечек нет, то токи в обоих обмотках равны по значению и различны по направлению, соответственно наведенные этими токами магнитные потоки в сердечнике компенсируют друг друга и суммарный поток равен нулю. Если имеется утечка, то отходящий и обратный токи не будут равны, и суммарный магнитный поток в сердечнике будет отличен от нуля. Магнитный поток будет воздействовать на третью обмотку – управляющую, в которой появится наведенная ЭДС, под воздействием этой ЭДС срабатывает реле, разрывающее цепи.

Конечно, УЗО содержит еще множество элементов – фильтры, для защиты от помех и ложных срабатываний и еще некоторые электронные компоненты, но описанный принцип действия является основным для устройств защитного отключения.

УЗО бывают однофазными и трехфазными. Кроме того, сейчас на рынке присутствуют два различных вида УЗО, отличающихся как по цене, так и по надежности – электромеханические и электронные УЗО.

Какие виды систем заземления существуют и что такое защитное заземление?

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Что такое нейтраль?

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Согласно требованиям ПУЭ любая электроустановка должна иметь защиту от воздействия на человека электрического напряжения при случайном попадании его на корпус устройства.

Одним из решений этой задачи является устройство защитного заземления, обеспечивающее пути стекания аварийного тока в землю.

Основное назначение защитного заземления – снижение опасности поражения током пользователей, обслуживающих действующие электроустановки и работающих с бытовыми электроприборами.

Наиболее вероятная причина попадания на корпус электроустановки напряжения – повреждение изоляции внутренней электрической разводки бытовой техники. Особо опасен случай, когда оголенные части проводов касаются стального корпуса прибора или электроустановки.

Принцип действия защитного заземления основан на создании условий, обеспечивающих понижение уровня потенциала непосредственно в точке прикосновения.

Для этого требуется обеспечить электрический контакт корпусов электрических приборов с конструкцией, называемой заземляющим устройством (ЗУ). Если этого не сделать, то случайное прикосновение к незаземленному токопроводящему корпусу при аварии равноценно прямому контакту с фазной шиной.

При наличии защитного заземления высокий потенциал снижается до безопасного для пользователя уровня.

Чем отличается рабочее заземление от защитного?

Для понимания принципиальной разницы потребуется разобраться с таким понятием, как "рабочее заземление". Его назначение – обеспечение работы электрооборудования и защитных функций оно не предполагает.

Защитное, как было сказано выше, предназначено для уравнивания опасных потенциалов на корпусе электроустановки с "землей", то есть предотвращает возможность поражения человека электрическим током.

На практике рабочее и защитное заземления достаточно часто объединяются.

TN (TN-C, TN-S, TN-C-S);
TT;
IT.

Для реализации защитных функций используется отдельный проводник (он на схемах обозначается как как PE и маркируется желто-зеленым цветом).

При объединении с рабочим заземлением, задачи обеспечения безопасности и работоспособности оборудования решают применением совмещенного проводника (обозначается как PEN, имеет голубой (синий) цвет по всей длине и жёлто-зелёную маркировку на концах).

ТРЕБОВАНИЯ ПУЭ К ОБУСТРОЙСТВУ И КАЧЕСТВУ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Для реализации такой защиты от поражения электрическим током требуется обеспечить надежный контакт корпуса электроустановки с землей.

При его наличии опасный для человека токовый заряд стекает в грунт через заземляющее устройство, сопротивление которого значительно ниже, чем у человеческого тела.

ВИДЫ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Согласно требованиям ПУЭ, корпуса электрооборудования для обеспечения безопасности обязательно заземляются. Для этого используются различные виды заземлителей.

уложенные в землю металлоконструкции, непосредственно соприкасающиеся с ней;
металлические кожуха и оболочки кабелей, укладываемых в грунте с конкретными целями;
металлические трубопроводы (кроме газовых коммуникаций и нефтепроводов);
ж/д рельсы.

Использование готовых конструкций в качестве заземлителей заметно упрощает и удешевляет процесс обустройства всей системы.

Специально монтируемые заземляющие устройства применяются когда нет возможности задействовать уложенные под землей трубы, кабельные коммуникации или элементы металлоконструкций.

Они представляют собой различные конструктивные элементы, размещаемые в грунте на определенной глубине и обеспечивающих надежный контакт с почвой.

Самый простой вариант такого заземлителя стальной стержень длиною не менее 2,5 метров. После его заглубления к оголовку крепится толстая медная жила (стальная полоса), подключаемая к системе заземления.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Основное требование к заземлителю, независимо от его типа – обеспечить условия для стекания опасных для человека зарядов в почву. Его функциональность оценивается сопротивлением растекания (чем оно меньше – тем более эффективно действует заземление).

самого заземлителя;
переходное (контактное) между заземлителем и грунтом;
грунта в месте контакта с заземляющим устройством.

Согласно ПУЭ сопротивление типового устройства, обустраиваемого на потребительской стороне, не должно превышать 30 Ом. При особых условиях эксплуатации оборудования (на силовых подстанциях, в частности) оно нормируется на уровне не более 4 Ом.

увеличение площади контакта элементов искусственных заземлителей с грунтом;
улучшение проводимости грунта (за счет увлажнения или добавления химикатов).

Кроме того, требованиями ПУЭ предписывается периодические замеры сопротивления заземления на соответствие действующим нормам.

Читайте также: