Заземление и защитные меры электробезопасности в ПУЭ

В чём суть работы заземления?

Принцип действия защитного заземления основывается на главном качестве электрического тока – протекать по проводникам, которые обладают наименьшим сопротивлением. На сопротивление человеческого тела оказывают влияние многие факторы, но в среднем оно приравнивается к 1000 Ом.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) контур заземления должен иметь сопротивление гораздо меньшее (допускается не более 4 Ом).

А теперь смотрите, в чём заключается принцип действия защитного заземления. Если какой-то электрический прибор неисправен, то есть произошёл пробой изоляции и на его корпусе появился потенциал, и кто-то прикоснулся к нему, то ток с поверхности прибора будет уходить в землю через человека, путь будет выглядеть как «рука-тело-нога». Это смертельная опасность, величина тока 100 мА вызывает необратимые процессы.

Защитное заземление сводит этот риск до минимума. Современные электроприборы имеют внутреннее соединение заземляющего контакта штепсельной вилки с корпусом. Когда прибор посредством вилки включён в розетку и в результате повреждения на его корпусе появляется потенциал, то он уйдёт в землю по заземляющему проводнику с низким сопротивлением. То есть ток не пойдёт через человека с сопротивлением 1000 Ом, а побежит через проводник, у которого эта величина намного меньше.

Вот почему важным этапом в обустройстве электрического хозяйства в наших жилых домах является измерение сопротивления заземления. Нам нужна 100 % уверенность, что эта величина ниже наших человеческих 1000 Ом.

И запомните, что это процедура не разового характера, измеряться сопротивление должно периодически, а сам контур надо постоянно поддерживать в исправном состоянии.

Нормы ПУЭ заземления

В нормах ПУЭ (правил устройства электроустановок) обозначены все необходимые требования по выполнению электрической разводки зданий и сооружений. Они касаются как нового строительства, так и производства ремонтных работ. В правилах содержатся обязательные требования, а также рекомендации по монтажу оборудования и материалов.

В требованиях к заземлению обозначены защитные меры от прямого и косвенного прикосновения. Требования разделены на заземление электроустановки выше и ниже 1 кВ для сетей:

• с изолированной нейтралью;
• с эффективно заземленной нейтралью;
• с глухозаземленной нейтралью.

Также в документе перечислены варианты заземлителей, проводников, обозначены требования к устройству главных заземляющих шин и виды соединений защитных элементов и проводников системы выравнивания потенциалов. Правила заземления содержат определение, описание и возможности заземления переносных и передвижных установок электрооборудования.

Основные термины

п.1.7.5. Глухозаземленная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

п.1.7.6. Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

1.7.15. Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

1.7.16. Искусственный заземлитель — заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.

1.7.17. Естественный заземлитель — сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления.

1.7.18. Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем.

1.7.19. Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Монтаж контура заземления

Монтаж наружного контура системы предполагает установку металлической конструкции в непосредственной близости от здания. Он срабатывает в случае короткого замыкания.

Конфигурация заземлителя

Сопротивление заземления напрямую зависит от площади электрического контакта электродов заземлителя с грунтом, которая должна быть как можно большей. Чем больше площадь поверхности заземлителя, тем меньше сопротивление заземления.

Чаще всего, из-за наименьшей сложности монтажа, в роли заземлителя используется вертикальный электрод в виде стержня/трубы/уголка.

Для увеличения площади контакта заземлителя с грунтом:

• увеличивается длина (глубина) электрода
• используется несколько соединенных вместе коротких электродов, размещенных на некотором расстоянии друг от друга (контур заземления). В таком случае площади единичных электродов просто складываются вместе, что подробно описано на отдельной странице о расчёте заземления.

Элементы контура заземления

Для загородных домов выполняется из следующих составляющих:

1. Горизонтальные заземлители – металлические полосы, соединяющие вертикальные элементы системы.
2. Вертикальные заземлители – стержни из металла.
3. Проводник – электрическая линия от щитка к контуру заземления.

В качестве вертикальных элементов используется металлический профиль сечением не менее 14 мм или уголки размером 50х50 мм. Длина элементов должна быть порядка 3 метров. Материал – черная сталь, оцинкованная сталь или медь. Медные проводники имеют лучшие показатели сопротивления. В качестве горизонтальных элементов системы используют полосы шириной не менее 1 см и толщиной не менее 0,3 см.

Вертикальные заземлители должны плотно соприкасаться с грунтом, имея максимальную площадь для отвода напряжения.

Металлические изделия не красят, но покрывают антикоррозийными составами для исключения ржавчины.

Виды контуров заземления

• Треугольник. Это самый простой вариант контура. Металл вбивают в землю по вершинам равностороннего треугольника. Расстояние между каждыми двумя стержнями должно быть порядка 3 метров. В случае монтажа контура в стесненных условиях на маленьких участках можно выдержать меньшее расстояние.

• Линейный контур. Применяется для маленьких участков, где нет возможности для расположения треугольной конструкции. В этом случае система может быть смонтирована вдоль забора или отмостки коттеджа. Элементы заземления вкапываются в грунт по прямой линии, чем больше ее длина, тем лучше.

• Контур другой геометрии. В зависимости от размеров участка возле дома и расчета можно выполнить контур в виде квадрата или иной геометрической фигуры. Главное использовать достаточное количество заземляющих элементов необходимого сечения.

Какое должно быть сопротивление заземления

Одним из основных критериев продуктивности любого помещения защитного заземления является сопротивление заземления. Это значение показывает противодействие беспрепятственному распространению электрического тока в слоях земли, поступающего в грунт через защитное устройство – заземлитель.

В лучшем случае этот показатель сопротивления равен нулю. При данной величине электрический ток поглощается полностью.

В практическом плане такого показателя добиться невозможно.

Для правильной работы электрооборудования и надежной защиты граждан допускается конечное значение 0,5 Ом для всего защитного устройства.

Расчет заземления

Для правильной работы системы необходимо выполнить расчет заземления перед установкой элементов.

Сопротивление контура заземления жилых домов не должно превышать 4 Ом.

Также при расчете учитываются следующие показатели:

1. Вертикальные элементы – длина, диаметр, количество.
2. Горизонтальные заземлители – длина, ширина, глубина погружения в грунт.
3. Тип электрической сети – однофазная или трехфазная.
4. Напряжение в сети. Обычно – 220 В.
5. Параметры грунта. Климатическая зона в зависимости от температурного режима летнего и зимнего периода, тип грунта – песок, супесь, суглинок, глина. Также на сопротивление заземления влияет степень влажности земли.
6. Вариант размещения электродов – по контуру или в ряд.

Все указанные параметры можно поставить в расчетный калькулятор и получить итоговое значение заземления. Также результат можно получить по формуле:

Смонтированная сеть будет работать лучше в грунтах с низким сопротивлением. Самые низкие показатели сопротивления имеет торф – 20-30 Ом*м. При этом самые высокие показатели у влажного песка и пескогрунта – 300-500 Ом*м.

Переходное сопротивление заземления

Схема заземления включает в себя множество элементов, соединенных между собой. В случае обрыва, распайки швов или окисления соединений данный показатель начинает увеличиваться, что приводит к ухудшению эффективности защитной системы. При существовании большой массы потребителей и наличие значимых соединений в заземляющей схеме данная величина возрастает.

В промежутках соединений элементов заземления определяют переходное сопротивление. Для контактирующего соединения допускается максимальное значение 0,05 Ом. В случаях, когда данный показатель выше 0,05 Ом, это говорит о неработоспособности системы. Такие неисправности необходимо устранять, так как увеличенное сопротивление, делает защитные функции системы ничтожными.

Переходное сопротивление в заземляющем устройстве называется металлосвязью. Она характеризует соединение в цепи между заземляющим устройством и заземляемым электрооборудованием. Дефекты, возникающие в металлосвязи, ведут к короткому замыканию. Цель замеров сопротивления металлосвязи — определение наличия повреждения на отрезке участка электрооборудования и заземляющего устройства.

Основной характеристикой металлосвязи является сопротивление измеряемой части заземляющей системы, которое должно соответствовать 0,05 Ом. В ходе проверки исследуются надежность и правильность соединений посредством визуального осмотра. Качество сварочных швов проверяется ударом тяжелого молотка. В ПУЭ оговаривается, что заземляющие проводники должны быть надежно скреплены, что обеспечивает целостность электрической линии.

Заземляющие проводники, сделанные из стали, требуется соединять при помощи сварки. Данные участки должны быть расположены так чтобы предоставить беспрепятственный доступ для осуществления проверок, измерений, осмотров в дальнейшем времени.

Согласно требованиям ПУЭ соединения проводников и нейтралей присоединяются посредством сварки или болтов. Для присоединения электроприборов, которые постоянно монтируются, употребляются гибкие проводники.

Как измерять переходное сопротивление

Перед тем как измерять заземление в переходных зонах потребуется приготовить специальный прибор, называемый миллиомметром. Для проведения этих испытаний сгодится любой другой прибор для измерения заземления из той же серии (иногда для этого используются универсальные аппараты М-416). Независимо от типа выбранного прибора для этих целей должна использоваться только сертифицированная измерительная техника, прошедшая государственную поверку. В противном случае проведенные на приборе измерения не будут считаться соответствующими действующим нормам и ГОСТам.

При проведении таких замеров прибор, выбранный в качестве измерительного устройства с заряженным питающим аккумулятором, подключается своими зажимными клеммами по обе стороны контролируемого соединения. Независимо от типа элементов контура переходное сопротивление между ними не должно превышать 0,05 Ома. Если проведенное таким методом измерение переходного сопротивления заземления дало неудовлетворительный результат – эксплуатацию установки прекращают до выявления причин и их устранения. Схема измерений переходной проводимости представлена на фото ниже.

Схема измерения переходного сопротивления

Перед тем как проверить контур заземления – необходимо ознакомиться с существующими методиками его расчета. В подавляющем большинстве случаев они сводятся к простейшим вычислениям по закону Ома (путем деления измеренного напряжения на снятые в соответствующей цепи токовые показания).

Дополнительная информация: Перед расчетом удельного сопротивления заземления важно учесть все звенья цепочки стекания аварийного тока, включая контактные зоны.

Полученный в итоге результат полностью характеризует конструкцию на ее соответствие нормируемым показателям.

Как часто замеряется

Сроки проверки заземления электроустановок устанавливаются согласно следующим требованиям нормативам:

1. Визуальные осмотры – каждые полгода.
2. Поверка качества соединений металлических элементов в их стыках – раз в год.

Возможны и внеплановые проверки переходного сопротивления заземлителя, которые проводятся обычно после реставрации контура, а также при внесении в его конструкцию серьезных коррективов. Испытания также могут проводиться и при сдаче вновь запускаемой системы заземления в эксплуатацию.

При организации очередных или внеочередных проверок необходимо руководствоваться общими положениями по расчету удельного сопротивления заземления.

Фиксация результатов в протоколе измерения

Все результаты измерений заносятся в специальный протокол испытаний. Данные фиксируются в таблице, с указанием наименования каждого осмотренного соединения.

В отчете также приводится информация о количестве осмотренных узлов, их местоположении и отображается максимальное значение общего сопротивления контактов защитной цепи.

Если в процессе испытаний обнаружено отсутствие металлосвязи, информация об этом обязательно фиксируется в документе и одновременно в приложении к протоколу (дефектной ведомости).

Кратко о профилактике.

Регулярно проводить замеры металлозаземления, не значит отказаться от профилактики. Чтобы обеспечить непрерывность защитных цепей необходимо регулярно проверять, в каком состоянии находятся контактные соединения, и при необходимости подтягивать их. Не менее важно очищать контакты пыли, окисной пленки и грязи.

При обнаружении наличия электрического напряжения на одном из элементов конструкции, необходимо позаботится о ее качественном заземлении. В противном случае возрастает риск возникновения нештатной ситуации.

Не стоит экономить на проверке качества устройства защитного заземления, поскольку потери могут стать более затратными, чем оплата вызова электролаборатории.

Как корректировать показатели сопротивление заземления

Чтобы достичь оптимальных для эксплуатации заземляющих устройств показателей сопротивления в собственном домовладении можно прибегнуть к доступным методам повышения эффективности их работы.

Для уменьшения сопротивления на участке стержень — грунт и увеличения общей функциональности установки сегодня применяют ряд природных и синтетических заполнителей, которые укладывают в скважины вместе с элементами заземлителя.

Самым простым вариантом окажется добавление в почву поваренной соли.

Такая засыпка, смешиваясь с подпочвенной влагой, превращается в электролит, что значительно повышает электропроводность окружающего заземлитель грунта.

Зимой она минимизирует вероятность образования наледи на стержнях и не дает долго грунту замерзнуть.

Такой заполнитель часто используют в регионах с холодным, суровым климатом, где он дает прекрасные результаты.

Однако со временем грунтовые воды вымывают соли из почвы и полезное действие засыпки медленно, но верно уменьшается.

Добавление соли в каменистых почвах абсолютно не рентабельно, так, как действие ее будет кратковременным.

Решить проблему увеличения электропроводности почвы можно выемкой ее части возле стержней с последующей заменой на глиносодержащие грунты.

Хорош метод тем, что глина не вымывается со временем и всегда остается возле стержней, но она же имеет свойство сильно увеличиваться в объеме при повышении влажности в почве, например, после сезона дождей.

В сухой период, наоборот, сильно пересыхает. От этого образуются воздушные зазоры, которые  сводят к минимуму эффективность такой засыпки.

Засыпки из угольной смеси также используют в качестве пристрежневого заполнителя. У углей хороший коэффициент электропроводности.

Такие составы плохо впитывают и удерживают влагу, потому в засушливых районах их применение не оправдано, но они отлично подойдут для местности с постоянным, умеренным климатом и частыми осадками.

При максимальной однородности фракций колебания таких показателей, как сопротивление заземления будут незначительными.

Выбирая вариант для своего участка, стоит хорошо изучить механические и физические свойства грунта на прилегающей территории, учесть климатические особенности и подсчитать рентабельность проведения таких работ.

Испытания сопротивления заземления

Существуют приемо-сдаточные и эксплуатационные испытания.Существуют приемо-сдаточные и эксплуатационные испытания.

Первые на основании ПУЭ проводятся после окончания работ по установке защитного заземления. Эксплуатационным испытаниям, регламентируемым ПТЭЭП, подвергаются электроустановки, которые сданы в эксплуатацию. При данном виде испытаний, обследования проводятся на протяжении всего периода работы защитного устройства.

В соответствии с правилами измерение сопротивления заземляющей конструкции должно осуществляться один раз в шесть лет. Если есть подозрение на повреждение заземляющего устройства, такое испытание проводится чаще.

Замеры переходного сопротивления проходят не менее одного раза в год.

Кроме измерения сопротивления также при испытаниях должен происходить тщательный осмотр всех видимых частей заземляющего устройства.

Раз в 12 лет необходимо проводить детальный осмотр с частичным вскрытием грунта в местах наиболее вероятного появления коррозии. Если грунт в данном районе ведет себя агрессивно, то количество таких осмотров увеличивается.

Также один раз в шесть лет проводится проверка состояния предохранителей.

Если в результате проверки было выявлено более 50% повреждений, такую защитную конструкцию следует заменить в обязательном порядке.

Как сделать монтаж контура заземления

Сначала требуется выбрать место для монтажа. Желательно отступить от дома 2 метра, при этом разместить контур со стороны электрического щитка для сокращения трассы заземления здания. При этом нужно учитывать следующее:

• лучше размещать контур на влажном участке;
• лучше размещать его в глине или суглинке, чем в песке;
• лучше разместить контур чуть дальше, но в более благоприятных условиях.

Затем выполняются земляные работы. Подготавливается траншея выбранной геометрии. Низ стержней заостряют для лучшего проникновения в землю. Стержни погружают до требуемой глубины. Над землей металлические элементы должны выступать на 20 см для монтажа горизонтальных заземлителей.

После этого выполняется сборка металлоконструкций. Полосы из металла привариваются к вертикальным элементам контура, одна полоса подводится к зданию. Сварные швы обрабатывают с помощью антикоррозийного состава, грунтуют и обмазывают мастикой. Котлован засыпают грунтом.

Выполняют ввод сети в здание. Полоса заводится на дом и крепится на стене с помощью болта. Соединяется с заземляющим проводником, ведущим из щитка к главной шине. Используется кабель желто-зеленого цвета, для загородных домов подходят медные провода сечением 6 мм.

После окончания монтажа следует проверить работоспособность системы. Кроме того, контроль исправности сети требуется контролировать каждые 12 лет.

Ошибки в устройстве заземления

Неправильные PE-проводники

Иногда в качестве заземлителя используют водопроводные трубы или трубы отопления, однако их нельзя использовать в качестве заземляющего проводника [15] . В водопроводе могут быть непроводящие вставки (например, пластиковые трубы), электрический контакт между трубами может быть нарушен из-за коррозии, и, наконец, часть трубопровода может быть разобрана для ремонта. Также существует опасность поражения электрическим током при соприкосновении с токопроводящими частями сантехники.

«Чистая земля»

Популярным является поверье о том, что компьютерные и телефонные установки требуют заземления, отдельного от общего заземления всего здания.

Такое мнение справедливо лишь в случае требования и/или организации функционального заземления, необходимого для правильной работы оборудования.
При организации защитного заземления, такое поверье будет совершенно неверно, ибо ЗУ имеет ненулевое сопротивление, и, в случае КЗ (и даже небольшой, не обнаруживаемой автоматикой утечки) фаза — PE на одном из устройств, по ЗУ начинает течь ток и его потенциал растёт из-за сопротивления ЗУ. В случае наличия 2 и более независимых ЗУ это приведёт к появлению разности потенциалов между PE различных электроустановок, что может создать риск поражения людей током, а также заблокировать (или даже разрушить) интерфейсные устройства без гальванической развязки, которые соединяют 2 части системы, заземлённые от независимых ЗУ.

Правильным решением является организация системы уравнивания потенциалов.

Вышеперечисленное относится также и к “кустарным” реализациям, к примеру иногда применяемому в сельской местности методу заземления одного прибора путём соединения его с закопанным металлическим контактом (например, ведром).

Объединение рабочего нуля и PE-проводника

Другим часто встречающимся нарушением является объединение рабочего нуля и PE-проводника за точкой их разделения (если она есть) по ходу распределения энергии. [16] Такое нарушение может привести к появлению довольно значительных токов по PE-проводнику (который не должен быть токонесущим в нормальном состоянии), а также к ложным срабатываниям устройства защитного отключения (если оно установлено).

Неправильное разделение PEN-проводника

Крайне опасным является следующий способ «создания» PE-проводника: прямо в розетке определяется рабочий нулевой проводник и ставится перемычка между ним и PE-контактом розетки. Таким образом, PE-проводник нагрузки, подключённой к этой розетке, оказывается соединённым с рабочим нулём.

Опасность данной схемы в том, что на заземляющем контакте розетки, а следовательно, и на корпусе подключённого прибора появится фазный потенциал, при выполнении любого из следующих условий:

• Разрыв (рассоединение, перегорание и т. д.) нулевого проводника на участке между розеткой и щитом (а также далее, вплоть до точки заземления PEN-проводника);
• Перестановка местами фазного и нулевого (фазный вместо нулевого и наоборот) проводников, идущих к этой розетке.

Итоги

Подводя итог всему описанному в предыдущих главах, необходимо отметить следующие основные моменты:

1. Систематические проверки заземляющих контуров позволяют убедиться в их полной работоспособности.
2. При решении проблемы касающейся того, каким прибором следует снимать показания – предпочтение отдается специальным многофункциональным устройствам, обеспечивающим высокую точность измерений.
3. В процессе их проведения важно придерживаться общепринятых методик определения точных значений измеряемых величин.
4. С полной формулой определения суммарного сопротивления всей заземляющей конструкции можно ознакомиться в соответствующих разделах ПУЭ.

В дополнение к статье предлагаем для просмотра видео материалы, в которых показывают как измеряется сопротивление заземления с помощью различных многофункциональных приборов.

В заключительной части обзора отметим, что для более подробного ознакомления со всеми рассмотренными вопросами следует обратиться к многочисленным источникам, широко представленным в сети. Там же можно найти большое количество тематических подборок и видео обзоров, позволяющих узнать о том, как проверить и точно измерить сопротивление заземляющих конструкций самого различного типа и класса.