Что называется защитным заземлением?

Назначение и устройство защитного заземления

Устанавливается такой тип заземляющего устройства для защиты человека от поражения электрическим током при замыкании электрической цепи вследствие различных причин. Самая распространенная причина поражения током — короткое замыкание фазы на нетоковедущие элементы электроустановки.

Согласно материалам нормативной документации ПУЭ (глава 1.7), в зависимости от выполняемой функции существует два вида устройства заземляющей системы: рабочее (функциональное) и защитное заземление.

Функциональный тип применяется чаще для защиты производственных объектов. Посредством рабочих заземляющих устройств реализуется надежная эксплуатация оборудования электроустановки. Эффективность как рабочего, так и защитного устройства напрямую зависит от правильного выбора конфигурации заземляющих элементов и четкого производства электромонтажа.

Основным элементом системы выступает контур заземления. Он состоит из металлических заземлителей (электродов). Функциональность всей системы зависит от возможности этих заземлителей рассеивать ток. Монтировать заземляющие элементы необходимо с учетом множества факторов, напрямую влияющих на основной показатель эффективности заземлителей, — значение их сопротивления.

Следует помнить! При создании заземляющего устройства дома или квартиры важный момент — характеристика внутренней электропроводки объекта. Провод должен быть трехжильный, с фазой, нулем и заземлением.

Монтаж устройства защитного заземления востребован практически повсеместно.

Виды заземлений

Электропроводка и заземление в зданиях может быть нескольких типов:

• типа TN-C (глухо заземленная нейтраль), подача напряжения через два провода — один из которых нейтральный, а второй находится под напряжением, ЗАЗЕМЛЕНИЕ ОТСУТСТВУЕТ, необходима его прокладка (возможна только в частном доме);
• типа TN-S (используется трехжильный кабель) —  ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПРИСУТСТВУЕТ, возможна необходимость разводки проводки с заземлением в помещении;
• типа TN-C-S (используется пятижильный кабель — 3 провода фаза, 4 провод — нулевой, 5 провод — защитное заземление, подключение к отдельной шине в щитке), ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПРИСУТСТВУЕТ, возможна необходимость разводки проводки с заземлением в помещении.

Основными отличиями систем типа TN-C от систем TN-S (TN-C-S) является наличие отдельного заземляющего провода в системе TN-S (TN-C-S), у архаичных же систем TN-C отдельного заземления нет, оно выполнено вместе с нулем.

Естественное

Такие системы используют в качестве Pe-контура уже существующие металлоконструкции, врытые в грунт.

Примеры:

• части зданий и сооружений, арматуры их фундаментов;
• трубопроводы, кроме транспортирующих горючие и взрывоопасные вещества;
• обсадные колонны скважин;
• свинцовые оболочки кабелей;
• рельсовые пути неэлектрифицированных железных дорог.

Естественное заземление предпочтительно, т.к. позволяет снизить затраты на устройство системы.

Искусственное

В такой системе используют Pe-контур, специально изготовленный для сброса заряда в грунт. К этому варианту прибегают в ситуациях, когда естественное заземление отсутствует или у него высокое сопротивление растеканию тока.

Функции

Заземление имеет большой ряд назначений, а основной принцип действия защитного заземления — отвод электрического тока в землю от металлических поверхностей электрических приборов. Рассмотрим, для каких же целей применяется защитное заземление и в чем отличия от обычного заземления ?

Основная функция обычного, так называемого рабочего заземления — защита электроприборов от неустойчивой работы и сбоев, а также предупреждение внештатных ситуаций, таких как короткое замыкание.

Основная функция ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ — защита человека при возникновении аварийной ситуации, когда велика вероятность поражения электрическим током при соприкосновении с металлическими частями электроприборов.

Кроме того такой вид соединения:

• соответствует регламенту ПУЭ (правила устройства электроустановок);
• снижает помехи при работе электрической техники;
• является отличной молниезащитой здания.

В современном доме/квартире просто необходимо проводить работы по прокладке заземляющего кабеля и его подключению к общему «контуру земли». Обусловлено это тем, что современные бытовые приборы обладают серьезными мощностными показателями, они способны потреблять большое количество энергии, а их корпусные детали, как правило, выполнены из металлов, которые, как известно, хорошо проводят электрический ток. Отсутствие заземляющей цепи грозит серьезными последствиями, в особенности при установке в помещении такой техники как:

• стиральные машины;
• холодильники;
• электрические плитки;
• водонагреватели и котлы;
• микроволновые печи.

Прямое подключение через такую цепь позволяет избежать появления высокого напряжения на поверхностях этих электроприборов и снизить количество помех, возникающих при эксплуатации этой техники.

Дополнительные функции заземления

Заземляющие устройства очень часто используются в качестве грозоотводов, защищая строения от ударов молнии. В случае если неподалеку расположена еще одна электрическая установка с мощностью не более 1 кВт, то заземляющую систему можно использовать общую. Такое решение помогает значительно снизить материальные траты на строительство других заземлений.

В такой ситуации нормальным будет сопротивление растекания тока с наименьшим значением. Вычислить его можно, используя значения минимального сопротивления для каждой электроустановки, которые помещены в один заземлитель. Брать при этом нужно минимальное значение.

Как работает заземление

Для начала разберемся, почему на корпусе стиральной машинки или другого электрооборудования появилось опасное напряжение. Всё достаточно просто – изоляция проводников по какой-то причине испортилась или повредилась и поврежденный участок касается металлического корпуса какой-то из деталей оборудования.

Если у вас нет заземления или зануления корпус поврежденного устройства для электрической цепи ничего собой не представляет, пока вы его не коснетесь, конечно. Вы подходите к прибору, стоите на полу, пол имеет хоть и слабый, но какой-то контакт с землей. При прикосновении к корпусу ток начинает протекать через вас в землю. Для протекания тока нужна разность потенциалов, а потенциал фазного провода всегда больше потенциала земли. Получается, что вы замыкаете фазный провод на землю своим телом.

Для человека опасны даже такие маленькие значения как 50 мА – такой ток может привести к фибрилляции желудочков сердца и смерти.

Так вот принцип работы заземления заключается в следующем: к заземлителю подключаются корпуса всех электроприборов, дополнительно устанавливается УЗО. В случае возникновения опасного напряжения на корпусе заземление всегда притягивает опасный потенциал к безопасному потенциалу земли и напряжение «стекает» на заземление.

Требования к защитному заземлению

Защитное заземление – это наиболее жесткое устройство, чем зануление цепи. Здесь предусмотрена прокладка отдельной шины, довольно небольшого уровня сопротивления, которая идет к системе заземлителей, забитых в землю в виде треугольника.

Расчет защитного заземления, требует знания множества формул и наличия множества исходных данных. Поэтому принято для жилого фонда применять типовые проекты контура заземления для каждого региона.

Установка зануления предусматривает прокладку шины нейтрали или любого другого способа отвода тока в однофазной цепи. При этом, значения сопротивлений каждого проводника зануления до подстанции или питающего трансформатора, складываясь, образуют значение сопротивления защитного устройства.

Эта величина может изменяться, но требования к защитному заземлению и занулению, предусматриваю общее значение максимально возможного уровня сопротивления цепи.

Бытовое заземление

Как правило, системы электроснабжения, должны иметь сопротивление защитного заземления, должно быть от 4 Ом, до 30 Ом. Для обустройства, как правило, применяют стальные уголки и полоса шириной 40 мм. Предусматривают использование медной шины, достаточного сечения, согласно ГОСТу. Это обязательное требование.

При использовании защитного проводника с медным проводом 0,5 мм2 нам не хватит и 100 метров провода для достижения критического значения. Наиболее строгие требования предъявляются при обслуживании участков:

1. Установки, с напряжением цепи до 1000. В, оснащаются устройством, сопротивление которого, не должно превышать 0,5 Ома. Значение заземленного контура измеряют при помощи специального измерительного прибора – измерителем сопротивления. Это измерение проводится двумя дополнительными заземлителями. Разведя их на определенное расстояние, выполняем замер, затем сдвигая электрод, проводим несколько замеров. Самый худший результат принимается за номинальное значение.
2. Для обслуживания цепи трансформатора, других источников питания, при величинах напряжения от 220 В до 660 В – величина сопротивления заземления должна быть от 2 Ом до 8 Ом.

Производственное защитное заземление

Использование дополнительных мер для выравнивания величин потенциала – это основная «обязанность» применения защитного обустройства производственных мощностей. Для достижения надежной защиты, все металлические детали конструкций и устройств, а коммуникационные трубопроводы подсоединяются на заземляющий проводник.

В жилых помещениях, так следует оборудовать ванные комнаты и стальной водопровод, канализацию, и трубы отопления. В наше время пускай и редко, но они встречаются. На промышленных объектах заземляют:

• 
  приводы электрических машин;
• корпуса каждой электроустановки, находящейся в помещении;
• коммуникации металлических труб, металлоконструкции;
• защитные оплетки электрокабелей , с напряжением постоянного тока до 120 В;
• электрощитовые, различные корпуса системы электропроводки.

Детали, не требующие защиты:

• металлические корпуса приборов и оборудования, установленных на стальной платформе, главное – обеспечение надежного контакта между ними;
• разнообразные участки с металлической арматурой, установленная на деревянных конструкциях, исключение составляют объекты, где защита распространяется и на эти объекты;
• корпуса электрооборудования, имеющие 2, 3 классы безопасности;
• при вводе в здание электропроводки, с напряжением не выше 25 В, и прохода их сквозь стену из диэлектриков.

В заключение необходимо отметить.

Защитное заземление применяется в сетях переменного тока до 1кВ с глухозаземленной нейтралью, свыше этого значения напряжения со всеми видами проведения нейтрального провода.

После монтажа каждого из видов защиты, необходимо выполнить проверку величины сопротивления защиты. После этого составляется акт проверки. Замеры, проводят летом и зимой, в это время грунт имеет наибольшее сопротивление.

Проверку жилого фонда рекомендуется проводить раз в год. Помните о необходимости оснащения щитовой автоматами размыкателями цепи и защитным устройством от утечек тока.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.

Важно! Устройство, смонтированное в соответствии со всеми расчетными данными схемы заземления, позволяет добиться максимальной эксплуатационной эффективности всего комплекса защитного заземления.

Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.

Выполняются расчеты на основании таких данных:

1. Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
2. Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
3. Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
4. Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
5. Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
6. Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
7. Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
8. При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.

Важно! Если система будет размещаться в двух слоях грунта, учитывается показатель сопротивления каждого из них. Это необходимо для определения точных данных о мощностных параметрах верхнего слоя почвы.

Принцип расчета сопротивления заземлителей

Способов расчета характеристик основных заземляющих элементов достаточно много, но основной параметр у таких вычислений один — показатель сопротивления. Оптимальное его значение определяется посредством данных нормативной регламентации ПУЭ. Реализовать надежное защитное заземление объекта невозможно без расчета сопротивления его основных элементов.

К примеру, необходимо определить сопротивление заземления для электрооборудования напряжением свыше 1 кВт, с изолированной нейтралью. В соответствии с профильными данными документации ПУЭ 1.7.96, необходимо воспользоваться формулой R≤250/I, где:

• I — показатель расчетного тока заземления;
• R — показатель сопротивления заземляющего устройства, который не должен превышать 10 Ом.

В соответствии с ПУЭ (1.7.104), при учете нормативных сведений показателей тока прикосновения (для примера подойдет — 50 В), формула видоизменяется: R≤U/I, где U — это ток прикосновения (50 В).

Важно! При изолированной нейтрали, как правило, не требуется доравнивать показатель сопротивления ниже четырех Ом. Однако идеальным показателем сопротивления заземляющей системы считается 0. Основная задача, к которой сводится производство всех профильных расчетов, неизменна — достичь максимально низкого сопротивления системы.

Помимо производства расчетов параметров, важный момент при производстве заземления — выбор схемы подключения устройства.

Отличие рабочего заземления от защитного

Рабочее заземление. Принцип работы – это выполнение соединения с землей несколько отдельно стоящих объектов электросхемы здания. Это могут быть нейтраль обмотки генератора, и других различных устройств.

Оно предназначено для обеспечения правильной работы электроустановки, независимо от условий его применения. Осуществление этого вида защиты происходит, непосредственно соединяя заземляемые корпуса электроустановок с заземлителями.

Достаточно редко, рабочее заземление может проводиться с помощью специализированных приспособлений – это могут быть пробивные предохранители, резисторы.

Защитное зануление и заземление, как указывалось выше, выполнение работ по электрическому соединению с металлическими нетоковедущими частями устройств. При этом основной работой защитного контура, является предохранение нанесения электротравм при касании человеком корпуса оборудования, потому, что ток с него отводится на заземляющий контур, сопротивление которого меньше чем сопротивление человеческого тела.

Поэтому отличием этих двух защитных устройств, является принцип их работы. Если рабочее уравнивает потенциалы, то защитное отводит ток на заземляющий контур, как правило, по глухозаземленной нейтрали.

Но при оснащении своего помещения любым из видов защиты, наибольшая эффективность работы, будет достигаться при условии, что токи короткого замыкания не будут увеличиваться в связи с уменьшением уровня сопротивления заземлителя.

Еще о чем следует помнить. Ни один заземляющий контур не сможет выполнить работу автоматов отключения тока и устройства защитного отключения при утечках тока. А также эти приборы, не смогут выполнить свою работу надежно, без защитного заземления.

Лучший вариант защиты это заземляющее устройство?

Единственно правильный ответ на этот вопрос – да. Это действительно так. Контур заземления, смонтированный по всем правилам, защитит человека намного лучше предыдущего варианта. Улучшить защиту можно при помощи дополнительных устройств – автоматических выключателей, УЗО или дифавтоматов. Ведь что такое защитное заземление? По своей сути это система отвода электрического тока в случае аварии туда, где он не может навредить человеку.

Так должен выглядеть готовый контур заземления частного дома

Касаемо заземляющего устройства можно сказать, что оно может быть различным – контур заземления по периметру здания, «треугольник» во дворе или естественный заземлитель. Все правила и способы его монтажа мы обязательно рассмотрим в одной из ближайших тем. Но для общей информации имеет смысл понять определение, что является естественным заземлителем.

Полезно знать! В качестве естественного заземлителя можно использовать любые металлические конструкции, находящиеся под землей, за исключением трубопроводов ГСМ, канализации и предметов, покрытых антикоррозийными составами. Водопроводные трубы для этой цели могут использоваться.

В таких домах заземление не предусмотрено – придется довольствоваться занулением

Схемы заземления дома

Одним из основных элементов, необходимых для обеспечения электрической и пожарной безопасности объекта, является защитное заземление, поэтому закономерно, что грамотное технологическое производство такой системы – первостепенная задача. Добиться необходимого результата решения этой задачи невозможно без правильного выбора схематического варианта соединения и подключения заземляющих элементов.

Помните! Каждый элемент, при помощи которого реализуется защитное заземление, имеет схематическое обозначение. Для того чтобы выбрать оптимальный вариант схематического обоснования подключения такой системы, человеку нужно разбираться как в буквенных, графических, так и в цветовых чертежных обозначениях.

Чаще на практике применяются два вида подключения — схемы TN-C-S и TT. Отличия в проектировании схем:

1. Схема TN-C-S. При организации защитного заземления объекта по данной схеме, предусмотрена реализация следующих моментов:
   • роль защитного и нулевого (рабочего) проводника выполняет один кабель (PEN);
   • локализация — участок электросети от трансформатора и до ГЗШ (главной заземляющей шины). Уже на ГЗШ провод PEN разделяется на рабочий нулевой (N) и защитный (PE).
     Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника, а цифрой 2 – заземляемый объект (дом).

     Важно! При выборе схемы TN-C-S в качестве основы производства заземляющих работ важно учесть наличие глухозаземленной нейтрали. Получается, что ГЗШ дома соединяется с заземлением самого трансформатора, питающего объект.

     

2. • производится независимое подключение элементов, исключается соединение с нейтралью трансформатора;
   • заземлитель всех корпусов электрооборудования дома не зависит от аналогичного элемента источника питания;
   • в электрической проводке дома обязательно применяется УЗО (устройство защитного отключения).

Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника; цифрой 2 — дом, а 3 — это само устройство заземления дома.

Важно! В схеме TT полностью отсутствует организация защиты пользователя при утечке тока во время повреждения изоляции. Следовательно, монтировать УЗО для электрической проводки, реализованной по ТТ схеме, — обязательно.

В связи со значительным затруднением производства заземляющих работ по схеме TT, большинство объектов заземляются посредством TN-C-S системы.

Заземление — важный элемент обеспечения пожарной безопасности здания и электробезопасности его жильцов. Начинать работы по его созданию, руководствуясь лишь общими понятиями определения, что такое защитное заземление, не стоит. Нужно изучить теоретические и практические особенности устройства электрозащитной системы, разбираться в производстве расчетов ее параметров и уметь произвести измерение величины ее сопротивления после монтажа. При отсутствии навыков и необходимого оборудования следует доверить выполнение такой работы профильным специалистам.

Отсутствует заземление, что делать

В случае, если дом старый, а электропроводка не модернизирована, то в электрической схеме такого здания отсутствует канал заземления. В такой ситуации нет возможности создания защиты металлических поверхностей приборов от электрического тока. Однако в данном случае все таки присутствует метод защиты электрических цепей при аварийных ситуациях, таких как короткое замыкание, он называется ЗАНУЛЕНИЕ.

В чем отличия? Если при защитном заземлении происходит защита металлических поверхностей и отвод тока в землю через общую шину, то при занулении канал «земля» какого-либо прибора или розетки осуществляется соединение этого канала с нулем (нулевым проводником электропроводки).

Основное отличие заключается в том, что в схеме с занулением при возникновении аварийной ситуации происходит отключение прибора, поверхности которого оказались под напряжением из-за «пробоя» изоляции, от электросети. Так, зануление не защищает полностью от поражения электрическим током, но минимизирует воздействие на человека за счет моментального отключения электричества.

Если в условиях многоквартирного дома отсутствует возможность установки заземления из-за использования проводки типа TN-C, то стоит использовать метод зануления. Если же присутствует возможность прокладки новой современной проводки, например, в частном доме, то необходимо проводить работы по созданию защитного контура заземления.

Заземляем сами

При прокладке заземляющего контура защиты в первую очередь необходимо выбрать тип схемы, по которой будут вестись работы. Опытные мастера рекомендуют выбирать схему типа TN-C-S. Её основное преимущество заключается в том, что оборудование имеет непосредственный контакт с землей. Контакт нейтрали и земли ведется одним проводником, а на входе в щиток разделяются на 2 отдельных. Данная схема обеспечивает надежную защиту, поэтому устанавливать УЗО нет необходимости, достаточно лишь простых автоматов. Однако согласно ПУЭ обязательно выполнить требования по механической защите общего контакта нейтрали и земли (PEN), а также создать дополнительное резервное заземление на опорах на расстоянии 200 м или 100 м.

Создать контур защитного заземления достаточно просто, если руководствоваться правилами перечисленными ниже. В первую очередь для создания контура необходимо выбрать схему защитного заземления, их существует несколько видов, самые надежные и удачные:

• замкнутая (выполняется, как правило, по форме треугольника);
• линейная.

В замкнутой схеме все заземляющие проводники вкопаны в землю, находятся на одной глубине и соединены между собой металлической перемычкой. Основное преимущество — работоспособность в случае разрыва (от коррозии или других воздействий) металлической перемычки.

В линейной же схеме проводники выстроены в одну линию и соединены перемычкой последовательно друг с другом. Данная схема чуть более проста в создании, но имеет недостаток — при повреждении перемычки из строя выходит вся система.

Создание контура заземления

Итак, для создания контура заземления нам понадобятся следующие инструменты и материалы:

• Лопата.
• Сварочный аппарат (обязателен).
• Пила по металлу или болгарка.
• Кувалда.
• Пассатижи, гаечные ключи.
• Металлический уголок/швеллер/П-образный профиль из нержавеющий стали длиной от двух метров (с площадью поперечного сечения ДО 150 мм²).
• Металлические полоски длиной от 110 см, шириной 4 см, толщиной 4–5 мм.
• Металлическая полоса необходимой длины (от места залегания до места контакта с домом), ширина 4 см, толщина 4–5 мм.
• Крупные болты, гайки и шайбы (М8-М10).
• Провод из меди с толщиной не менее 6 мм².

После того как все необходимое имеется в наличии можно приступать к монтажу защитного заземления. В первую очередь следует выбрать место, лучше всего выбрать такой участок земли, где редко находятся люди или животное, так как во время отвода электричества в почву может произойти поражение электрическим током. Лучше всего выбрать место на границе участка, на максимальном удалении от зоны постоянного посещения.

После чего необходимо выкопать узкую траншею глубиной 60–70 см от места контакта с домом до места отвода электричества. В месте отвода электричества необходимо выкопать соответствующую фигуру (в зависимости от выбранной схеме) со сторонами ~1.2 м между проводниками.

Затем в каждом углу фигуры (у нас это треугольник) — вкапываются металлические уголки в землю на глубину 2 м и больше. К торчащим концам вкопанных проводников привариваются заготовленные заранее металлические пластины, к одному концу которой приваривается полоса-проводник, идущая непосредственно к месту контакта заземления с домом.

В месте контакта заземления к этой пластине монтируется провод из меди, который уже выходит из под земли и выводится в электрощиток.

После выполнения этих работ траншеи обратно закапываются. На данном этапе работы по защитному заземлению можно считать законченными.

Ремонт

Если использовать ЗУ на протяжении длительного времени, отдельные узлы конструкции из металла могут быть поражены коррозией, а ее электрические параметры – частично отклониться от номинальных показателей. Это происходит потому, что разрушается защитное покрытие ЗУ, на которое оказывает негативное влияние грунтовая соль, влекущая за собой коррозийные разрушения металла.

В неисправном состоянии механизм становится непригодным к использованию, не способствуя снижению опасного потенциала конструкции по причине того, что пораженные ржавчиной места могут оказывать существенное сопротивление. Параллельно с этим может быть снижена утечка тока в почву, вследствие которой контур заземления постепенно теряет свои защитные свойства.

Любому специалисту в таком случае нужно сообщить, что механизм должен подвергнуться капитальному ремонту, в процессе которого будут заменены на новые детали все его пораженные части. Возможен и такой исход, согласно которому разрушенные элементы и места сварки восстановят без их предварительной замены. Для этого требуется выполнение следующих операций:

• очистить все металлические части заземления от обнаруженных следов ржавчины с помощью химического вмешательства или наждачной бумаги;
• эти же очищенные места обезжирить растворителем, предназначенным специально для таких целей;
• после того как растворитель высохнет, поверхность металла покрыть слоем грунтовки ГФ-18;
• подождать, пока грунтовка просохнет, и окрасить подготовленную поверхность черной эмалью с целью дальнейшей защиты.