Устройство заземления зануления заземлителя последовательность расчетов

5. Опишите принцип действия защитного заземления, зануления и отключения. Приведите порядок расчёта систем защитного заземления

Защитное заземление или зануление (в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81) должно обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение земли или ее эквивалента (заземлителей) и металлических частей электроустановки, не находящихся под напряжением, но могущих оказаться под таковым в случае возникновения пробоя в электрооборудовании. Благодаря наличию защитного заземления между корпусом защищаемой установки и землей создается замкнутая электрическая цепь достаточно малого сопротивления. При замыкании какой-либо фазы на корпус заземленного электродвигателя образуется цепь замыкания через точку замыкания и заземляющее устройство. Человек, случайно коснувшийся в это время корпуса, включится в цепь замыкания тока параллельно цепи заземляюшего устройства, при этом он подвергается воздействию разности потенциалов, которая возникает в цепи тока замыкания на землю между точками прикосновения и является частью напряжения по отношению к земле.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, каркасы распределительных щитов, щитов управления, металлические конструкции распределительных устройств, металлические оболочки кабелей, стальные трубы электропроводок и др.

Защитное заземление рассчитывают в следующем порядке.

1. Выбирают нормируемое сопротивление R_з. При использовании одновременно искусственных и естественных заземлителей сопротивление естественных заземлителей R_e определяют по формуле ПУЭ, а сопротивление искусственных заземлителей R_n = R_eR_з/(R_e— R_з).

Рис. 1. Контурное (а) и очаговое (б) защитные заземления: 1- электродвигатели (объекты заземления); 2 — заземляющие шины внутреннего контура; 3 — заземлители; 4 — соединяющие шины; 5 — соединительные провода; а — расстояние между заземлителями; ?? — длина заземлителя.

2. Находят сопротивление одиночного вертикального заземлителя (трубы или уголка) R_тp.

3. Определяют ориентировочное число вертикальных заземлителей с учетом коэффициента экранирования n = R_тр/ R_зh, затем это число уточняют.

4. Находят длину соединительной полосы _п = 1,05 (n — 1)с, где с — расстояние между электродами.

5. Определяют сопротивление соединительной полосы R_п с учётом коэффициента ее экранирования.

В связи с тем, что сопротивление заземляющего устройства растеканию тока со временем изменяется, его проверяют не реже двух раз в год (летом при наибольшем просыхании грунта и зимой при наибольшем промерзании его).

Зануление состоит в преднамеренном соединении металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, с нулевым защитным проводником (рис. 2.)

При замыкании любой фазы на корпус образуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока весьма большой величины, достаточной для выбивания предохранителей в фазных питающих проводах. Таким образом, электроустановка обесточивается. Предусматривается повторное заземление нулевого проводника на случай обрыва нулевого провода на участке, близком к нейтрали. По этому заземлению ток стекает на землю, откуда попадает в заземление нейтрали, по нему — во все фазные провода, включая имеющий пробитую изоляцию, далее на корпус. Таким образом образуется контур короткого замыкания.

Рис. 2. Схема зануления в трёхфазной четырехпроводной сети с заземлённой нейтралью: 1 — трансформатор; 2 — сеть; 3 — предохранитель; 4 — обмотка электродвигателя; 5 — корпус электродвигателя; 6 — зануляющий проводник; 7 — нулевой защитный проводник; 8 — сопротивление заземления нейтрали

Защитное отключение элекmроусmановок обеспечивается путем введения устройства, автоматически отключающего оборудование, — потребитель тока при возникновении опасности поражения током.

Схемы отключающих автоматических устройств весьма разнообразны. Во всех случаях система срабатывает на превышение какого-либо параметра в электрических цепях технологического оборудования (силы тока, напряжения, сопротивления изоляции). На рис. 3 представлена схема защитного отключения с использованием реле максимального тока.

В установках с напряжением до 1000 В и заземленной нейтралью при однофазном замыкании тока на корпус необходимо обеспечивать мгновенное отключение аварийного участка сети. Для этого оборудование, подлежащее заземлению, электрически соединяют с четвертым нулевым проводом, при этом однофазное замыкание на корпус будет коротким замыканием, что приведет к мгновенному срабатыванию защиты и обесточиванию поврежденного участка сети для выравнивания потенциалов нулевой провод многократно заземляют.

Рис. 3. Принципиальная схема устройства защитного отключения: 1 — реле максимального тока; 2 — трансформатор тока; 3 — проводник; 4 — заземлитель; 5 — электродвигатель; 6 — пускатель; 7 — блок-контакты; 8 — сердечник; 9 — катушка; 10, 12, 13 — кнопки; 11 — вспомогательное сопротивление.

Устройство систем защитного заземления или зануления, является обязательным для всех производственных установок. В установках с напряжением до 1000В находят применение системы автоматического защитного отключения, обеспечивающие безопасность путём мгновенного обесточивания аварийного участка при возникновении замыкания на корпус или на землю.

Весьма целесообразно применение защитного отключения при временной эксплуатации наружных электроустановок, а также в тех случаях, когда устройство заземления связано с большими трудностями (скалистый грунт, большое удельное сопротивление почвы.)

Заземление зданий. Расчет системы заземления

Цвет провода заземления — желтый с салатовой полосой. Каждый, кто самостоятельно монтировал хоть раз проводку, задавался вопросом: «А зачем, собственно, он нужен?». Так ли важно усложнять конструкцию и нести лишние расходы? С какой целью делается заземление зданий? А если оно, заземление, действительно необходимо, то как смонтировать эту систему правильно, чтобы она выполняла свои функции?

1. Для чего нужно заземление зданий
2. Принцип действия системы заземления
3. Заземление зданий. Требования
4. Расчет системы заземления
5. Пример расчета
6. Советы
7. Заземление зданий промышленных объектов
8. Как заказать услугу?

Для чего нужно заземление зданий

Наши далекие предки сталкивались только с проявлениями атмосферного электричества. Но уже тогда люди знали, насколько опасными могут быть разряды молнии и называли их «гневом богов». Раскопки археологов показали, что уже в те далекие времена люди понимали некоторые принципы действия атмосферного электричества и пытались создавать примитивные системы защиты. Эти находки представляли собой длинные медные прутья, возвышающиеся над зданиями, противоположным концом погруженные в грунт.

Однако с развитием человеческого общества, технологий, электричество прочно вошло в наш быт. И тут же остро встал вопрос о защите человека от поражающих факторов электрического тока, но на этот раз не атмосферного, а «домашнего», сгенерированного машинами, построенными самим же человеком. Решение оказалось лежащим на поверхности.

Действительно, заземление зданий — практически точная копия конструкции громоотвода. Из опасной зоны ток отводится в землю с помощью фидера — металлического стержня, проволоки, кабеля.

С помощью заземления защищают электрические агрегаты, домашние сети, бытовую и промышленную технику. В случаях, когда на объектах электроснабжения случается пожар, насосы пожарных автомобилей и даже ручные стволы (брандспойты), которыми пожарные бойцы тушат пожар, должны быть заземлены с помощью специальных устройств.

Принцип действия системы заземления

Принцип действия системы заземления чрезвычайно прост. В чем состоит поражающая (разрушающая) сила электрического тока? Все начинается с того, что в одном месте при создании особых условий, накапливается очень большое количество отрицательно заряженных частиц — электронов. Но так как все в природе стремится к равновесию, то этот избыток частиц устремляется туда, где их недостаточно. Звучит не очень пугающе, но когда поток электронов мчится к земле от наэлектризованных облаков, они, эти крошечные частицы, умудряются нагревать слои атмосферы до миллиона градусов по Цельсию.

Изобретатели научились пускать этот поток в мирное русло — по электрическим проводам. Проходя через проволоку, электроны заставляют её нагреваться и иногда от перегрева она, проволока, начинает ярко светиться. Поток электронов создает и электромагнитное поле, приводящее в движение роторы мощных моторов.

Но машины иногда выходят из строя и поток электронов, прокладывают свой путь через любой предмет, проводящий электрический ток, иногда подобным проводником становится и тело человека. Таким образом, заземление зданий предназначено для предоставления заряженным частицам, электронам, образно говоря, альтернативного пути — более удобной, с меньшим сопротивлением, дороги к выходу. В результате, большая часть электронов проходит по защитному контуру заземления и уменьшает силу тока, направленного на человеческое тело.

Установка и правильный расчет заземления, молниезащиты — необходимое условие безопасности проживающих в доме.

Заземление зданий. Требования

Если расчет заземления частного дома, как и решение о необходимости его монтажа, полностью лежит на совести владельца, то о производственных зданиях и помещениях, многоквартирных жилых домах этого не скажешь. Так, согласно существующим правилам устройства электроустановок, наличие и характеристики системы заземления зависят не только от напряжения, под которым работают машины, но также и от микроклимата внутри конкретных помещений здания.

Расчет заземления электрооборудования производится на стадии проектирования. Согласно ГОСТ 12.1.030-81, в помещениях, где пользуются переменным током с напряжением 380 В и выше или постоянным более 440 В, устройство заземления или зануления обязательно во всех случаях. При напряжении от 42 В до 380 В переменного тока или от 110 В до 440 В постоянного тока заземление устраивается в случае, если работа в помещении сопряжена с условиями повышенной опасности или особо опасными по ГОСТ 12.1.013-78.

Обязательному заземлению подлежат и электроустановки, расположенные под открытым небом.

Машины, работающие от электрической сети с напряжением, менее указанных величин, должны быть заземлены только в помещениях с большой влажностью или на производствах, где есть опасность образования газовоздушных или газопылевых взрывоопасных смесей.

Расчет системы заземления

Методика сводится к расчету количества стержней, необходимых для достижения заданных параметров заземления. Для того чтобы сделать подобный расчет, необходимо знать сопротивление одного стержня. Это сопротивление можно измерить или рассчитать.

Замер производится методом, показанным на рисунке ниже.

Сопротивление стержня определяют по формуле R = U / I, где:

• U — напряжение, измеренное вольтметром, В;
• I — сила тока, измеренная амперметром, А.

Расчет заземления можно сделать и без замеров, для этого можно воспользоваться достаточно сложной формулой, но универсальной для любых вертикальных заземлителей.

Для расчета с помощью этой формулы необходимы следующие исходные данные:

• ρ-экв — эквивалентное удельное сопротивление почвы, Ом×м;
• L — длина стержня, м;
• d — диаметр стержня, м;
• Т — расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя (геометрическая середина стержня), м.

Таблица 1. Эквивалентное удельное сопротивление почвы – значения, нормированные для известных видов почв.

Устройство заземления (зануления) лифтовой установки

Заземление лифтовой установки выполняется в соответствии с чертежами и инструкцией на монтаж завода-изготовителя, а также «Правилами устройства электроустановок». Заземлению или занулению подлежат все металлические части лифта, которые могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции: корпуса всех электроаппаратов, направляющие кабины, кабина, двери шахты, трубы и металлорукава электроразводок, корпус вводного устройства, корпус НКУ, рама привода, корпус электродвигателя, корпус тормозного магнита, трансформаторы, корпуса светильников и т.п.

Для изготовления шин заземления могут быть использованы материалы со следующими характеристиками. Диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм: неоцинкованных — 10, оцинкованных — 6. Сечение прямоугольных заземлителей, мм2 — 48, толщина прямоугольных заземлителей, мм — 4, толщина полок угловой стали, мм — 4.

В качестве магистрали заземления в машинном помещении и шахте обычно используют стальную полосу сечением 4×25мм. Она закрепляется сваркой на поддерживающем уголке (рис. 13.55) на расстоянии 10 мм от стены. Уголок закрепляется на стене дюбелями с шагом 1-1,5 м. В машинном помещении магистраль заземления располагают на высоте 500 мм над уровнем пола. Отрезки полосы магистрали соединяются сваркой.

Рис. 13.55. Устройство заземления лифтовой установки
а — крепление заземляющей магистрали: 1 — дюбель,
2 — шина заземления, 3 — уголок; б — заземление подрамника лебедки: 1 — подрамник, 2 — ответвление от магистрали, 3 — магистраль заземления; в — заземление труб электропроводки: 1 — труба, 2 — ответвление от магистрали, 3 — магистраль заземления; г — заземление подвижных узлов: 1 — подвижный узел, 2 — винт, шайба,3 — гибкая перемычка, 4 — магистраль заземления или его ответвление; д — заземление металлору-кавов: 1 — корпус аппарата, 2 — метаплорукав, 3 -перемычка, 4 — винт заземления, 5 — гайка

От основной магистрали отходят ответвления к заземляемому узлу. Ответвления изготавливаются из того же материала и присоединяются к основной магистрали сваркой. Последовательное присоединение на ответвлениях оборудования не разрешается. Присоединение ответвления к неподвижным конструкциям и узлам осуществляется сваркой: подлебедочные балки, подрамник, трубы, подставки, этажерки для установки трансформаторов и т.п. Длина сварного шва должна быть не менее двойной его ширины. Подсоединение ответвления к аппаратам и узлам, установленным на амортизаторах или требующих регулировки их положения, выполняется гибкой перемычкой из многожильного медного провода сечением не менее 1,5 мм2, концы которого закручиваются кольцом и облуживаются. Место подсоединения заземления зачищается до блеска и смазывается тонким слоем технического вазелина. Заземление металлорукавов в машинном помещении и шахте производится посредством гибкой перемычки. Двери шахты заземляются ответвлением из полосы и приваркой ее к порталу дверей. На верхних отрезках направляющих кабины или приваривают полосу-ответвление от магистрали, или устанавливают перемычки, соединяющие их с магистралью заземления.

Если электрооборудование установлено на заземленных металлоконструкциях (кронштейны, этажерки и т.п.) без прокладок и амортизаторов и закреплено резьбовым соединением, то допускается не заземлять его отдельно, но при этом места установки резьбового соединения должны быть зачищены до блеска и смазаны тонким слоем технического вазелина. Во всех остальных случаях корпус электрооборудования должен быть заземлен перемычкой с заземленным кронштейном или с клеммой «Земля», провод от которой проложен в жгуте и соединен с аналогичной клеммой в клеммной коробке.

Кабина заземляется через одну из жил подвесного кабеля, подсоединенную на клеммных коробках №2 и №3 к клеммам «Земля». Кроме того, в клеммной коробке № 3 должна быть поставлена перемычка от клеммы «Земля» к винту крепления клеммной коробки, а в коробке №2 — перемычка от клеммы «Земля» под винт «Земля» на корпусе. Дополнительное заземление кабины производится с использованием тросика подвесного кабеля. Металлические части кабины (нижняя и верхняя балки, стояки, рама пола) связываются между собой перемычками. В грузовых лифтах все щиты купе кабины соединяются между собой, со щитами потолка, рамой пола и каркасом кабины также перемычками, устанавливаемыми под сборочные болты.

На пассажирских лифтах последних моделей, у которых купе собирается также из металлических щитов, заземление между ними осуществляется через болтовые соединения и пружинные зажимы.

Магистраль заземления, идущая по шахте, приваривается к контуру заземления здания или к заземляющим электродам.

После обустройства заземления лифтовой установки производится проверка непрерывности цепи заземления по всем заземленным узлам. Проверка может производиться омметром или прибором «измеритель заземления». Общее сопротивление всей сети заземления не должно превышать 4 Ом, а в местах контактов -не более 0,05 Ом. По результатам замеров составляется соответствующий протокол.

После проверки сети заземления магистраль и ее ответвления окрашиваются в черный или фиолетовый цвет.

Как сделать правильное заземление своими руками

В старых многоэтажках и частных домах о заземлении не задумывались — в этом не было нужды. В наше время в каждой квартире одновременно работает множество электрических приборов, подключены практически все розетки, работает холодильник, электроплита, вытяжка, заряжаются сотовые телефоны и ноутбуки, поэтому без заземления уже не обойтись.

В статье поговорим о том, как сделать заземление своими руками как в частном доме, так и в квартире.

Устройства заземления своими руками: схемы и примеры

Для примера возьмем удачный опыт устройства заземления, осуществленного на основании официально заверенного проекта, проверенного и допущенного к эксплуатации.

Для устройства заземления необходимо:

• Аппарат и сварочная маска.
• Две лопаты (совковая и штыковая).
• Молоток или кувалда.
• Стальные уголки.
• Стальной прут.
• Провода.
• Электроды.
• Труба гофрированная.
• Клемма.

Для примера возьмем частный дом. Разметим точки на расстоянии друг от друга по 1,5 метра, забиваем 3 стальный уголка. между которыми расстояние по 1.5 метра забиваем электроды — 3 стальных, 3-х метровых уголка.

Вбиваются уголки вертикально, утапливаясь на 50% глубины вырытого рва (около 50 см. от уровня земли). Ров вырывают в форме треугольника.

Уголки привариваются к электродам, вбитым в землю, все плоскости как следует завариваются сварочным аппаратом. После этого, необходимо измерить сопротивление заземления.

Обратите внимание! Максимально допустимый уровень сопротивления — 30 Ом.

После проверки сопротивления приступаем к привариванию металлического прута к уголку заземляющего контура. Прут прокладывается к дому. После этого, его нужно поднять под фротон и подсоединить в щит.

С помощью болтов подсоединяем к корпусу щита и распределяем по электроприборам и розеткам, а в ров засыпаем выкопанную землю.

Рассмотрим еще один пример.

Для устройства данной системы понадобятся:

• колы заземления;
• металлические перемычки для объединения колов;
• линии передачи от контура до щитка.

На схеме изображена самая популярная модель заземления:

Виды заземления для частного дома

Существует 6 видов систем заземления для частных домов, но наибольшей популярностью при строительстве пользуются две системы: TN-S-C и TT, причем TN-S-C является наиболее рекомендованной для индивидуальной застройки.

Устройство заземления имеет контакт с землей, а нейтраль глухозаземлена. Благодаря этому, к жильцам дома земля и нейтраль идут через единый проводник, а перед входом в дом делятся на два отдельных.

При системе TN-C-S УЗО не требуются — на ней установлены автоматы. Но у популярной системы есть и свои минусы: при повреждении провода может появиться фазное напряжение, а отключить его не представляется возможным. Поэтому у этих линий обязательно должна быть защита проводов и резервное заземление каждые 100-200 метров.

Однако, чем старее линии электропередач, тем чаще они не отвечают вышеуказанным требованиям. Особенно часто такую ситуацию можно наблюдать в деревнях. В этом случае подойдет система ТТ.

Система ТТ от TN-C-S отличается тем, что провод заземления к щиту идет не от трансформатора, а от контура заземления. ТТ-система устойчива к повреждениям на проводе, но у нее есть свой минус: обязательная установка УЗО.

Система ТТ считается запасной, ее можно использовать только в том случае, если линия электропередач не соответствует требованиям TN-S-C.

Варианты заземления (или зануления) в квартире

При современном строительстве обязательно проводится монтаж трехпроводной электросети. Но в многоэтажных домах старых построек такая система не применялась, и в данном случае придется делать не заземление, а зануление электропроводки. Поговорим о том, в чем разница между заземлением и занулением.

На схеме мы видим систему зануления:

И заземление, и зануление нужны для того, чтобы защитить жильцов от удара током при касании к приборам, на которых произошла утечка тока.

Основное различие в том, что при занулении происходит быстрое отключение тока при контакте жильца и оголенного провода или поврежденного электроприбора, а при заземлении напряжение уходит в землю.

Принцип зануления состоит в том, что корпус электроприборов соединяется с нейтральным проводом — нулем, а в результате данного соединения создается контур.

При появлении утечки тока, зануление провоцирует короткое замыкание, и предохранители на щитке отключат подачу тока к электроприборам, розеткам и проводам.

Расчет и создание заземляющего контура

Для расчета заземляющего контура необходимо точно определить его основные параметры. С помощью параметров создается схема, на основании которой подсчитывается нужное количество заземлителей, их размеры и порядок размещения.

Схема защитного заземления: r — сопротивление заземляющих устройств u — напряжение прикосновения

Для произведения расчетов потребуются нижеперечисленные данные:

• данные об электрооборудовании, его характеристики (напряжение, размеры электродов, конфигурации электродов, тип установки и пр.);
• данные об естественных заземлителях, показатели сопротивления, период действия заземляющей защиты и т.д.

Чаще всего, заземление рассчитывают при установке системы в однородном грунте, но современные методы позволяют рассчитывать и при установке заземления в неоднородном грунте.

Для того, чтобы произвести расчеты в однородном грунте, нужно учитывать значения сопротивления замерзающей прослойки земли в зимний период. Для того, чтобы получить точные данные, применяют особые коэффициенты, которые используются для расчета систем заземления разного типа сложности.

Если же требуется рассчитать заземлители, монтируемые в двух-трех слоях грунта, то потребуется учитывать значения сопротивления каждого слоя грунта. Расчет основывается на применении всех потенциалов, направленных на монтируемые электроды, составляющие конструкцию из заземлителей.

Нормативные регламенты ПЭУ требуют расчета по основному параметру — требуемому сопротивлению. Для электрооборудования, которое имеет напряжение до 1 кВ, рассчитывать сопротивление заземляющего контура нужно по следующей формуле:

Для того, чтобы организовать защитное заземление установок при более высоком уровне напряжения, при расчетах используются следующие параметры и стандартные величины:

• в электрических сетях с качественно заземленной нейтралью с присущими им высокими токами на землю — 0,5 Ом;
• для систем с изолированной нейтралью и малых токах более 1000 В — не выше 10 Ом при 250в.

В многоэтажках для защиты жителей от ударов током применяются автоматические выключатели, которые производят зануление электросети.

Схема расположения заземлителей, заглубленных до скального грунта:

В частных домах зачастую отсутствует техническая возможность монтирования автоматических приборов, отключающих дом от тока в случае поломки. Для этого и требуется устройство заземления.

Для монтажа вертикальных заземлителей можно использовать металлическую трубу с диаметром 50 мм, стальной прут толщиной 10 мм, уголок металлический длиной 50 мм. Для контура нужно взять три металлических отрезка длиной по три метра, чтобы получился равносторонний треугольник, как на схеме выше.

Элемент заземления изготавливают из металлической трубы длиной 9 м., толщиной 4 мм. После этого, контур заземления можно приварить сварочным аппаратом к проводнику, сделанному из полосовой стали. Теперь контур можно соединить с естественным заземлителем.

Контур заземления справляется с функцией защитного сопротивления, для этого достаточно подключить его к вмонтированному в землю водопроводу, изготовленному из металла, либо к металлическим трубам или любым другим металлоконструкциям.

После того, как защитный контур был установлен, вырытые траншеи и рвы нужно засыпать однородным грунтом, чистым от мелких камней и мусора.

После прочтения статьи читатель знает все о том, что такое заземление и зануление, как устанавливать заземление в квартире и частном доме и самостоятельно приступать к монтажу. Важно помнить о технике безопасности, проверять величину сопротивления после установки.

Если нет навыков работы с электроприборами и соответствующих инструментов, оптимальнее всего будет вызвать профессиональных электриков.

Расчет и контроль защитного заземления. Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе № 13

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра охраны труда

РАСЧЕТ И КОНТРОЛЬ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе № 13

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра охраны труда

РАСЧЕТ И КОНТРОЛЬ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе № 13

по дисциплине «ОХРАНА ТРУДА»

Учитывая, что и , можно допустить: .Тогда ток, протекающий через тело человека, определится выражением

.

Таким образом, три Rч = const (в расчетах принимается Rч= 1000 Ом) величина тока, проходящего через тело человека, всецело зависит от R3 и RI. Причем, чем меньше R3, тем меньше опасность поражения электрическим током.

Наибольшие допустимые значения R3, установленные «Правилами устройства электроустановок» [1], приведены и табл. 1.

Защитное заземление эффективно только в тех случаях, когда ток замыкания на землю, не увеличивается с уменьше­нием сопротивления заземлителя. Это возможно в сетях лю­бого напряжения с изолированной нейтралью, где при замыкании

Допустимые значения сопротивления заземляющих устройств

Наибольшие допустимые значения сопротивления R3, Ом

Электроустановки напряжением выше 1000В с эффективно заземленной нейтралью

Электроустановки напряжением выше 1000В сети с изолированной нейтралью

При одновременном использовании заземлителя для электроустановок до выше 1000Всети с изолированной нейтралью

Электроустановки напряжением до1000В сети с изолированной нейтралью

То же, при суммарной мощности питающих генераторов или трансформаторов не более 100 кВА

Примечание: в грунтах с удельным сопротивлением нормируемое сопротивление заземляющего устройства увеличивается в ρ/100 раз.

фазного провода на заземленный корпус электроуста­новки величина тока замыкания будет определяться только сопротивлением изоляции фаз относительно земли, так как их величина много больше сопротивления заземляющего уст­ройства.

В сетях напряжением выше 1000В с заземленной нейт­ралью замыкание на заземленный корпус приводит к сраба­тыванию максимальной токовой защиты. В таких сетях за­щитное заземление выполняют в виде заземляющих сеток, что обеспечивает выравнивание потенциалов на поверхности земли.

В сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В защитное заземление неэффективно, так как ток замыкамия на землю оказывается здесь недостаточным для срабатыва­ния максимальной токовой защиты. и с уменьшением сопро­тивления заземлителя возрастает. В таких сетях защита от замыкания фазы на корпус достигается устройством зануления.

Таким образом, защитное заземление применяется в се­тях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000 В как с изолированной, так и заземленной нейтралью.

Согласно ГОСТ 12.1.030—81 защитному заземлению под­лежат электроустановки:

1) при номинальном напряжении 380 В и выше перемен­ного тока и 440 В и выше постоянного тока — во всех слу­чаях;

2) при номинальном напряжении от 42 до 380 В перемен­ного тока и от 110 до 440 В постоянного тока — при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных;

3) независимо от величины ‘напряжения питания — во взрывоопасных помещениях.

Заземляющее устройство состоит из заземляющих про­водников и заземлитслей.

Заземляющие проводники электрически связывают металлические корпуса заземляемых частей электроустановка с заземлителем. В качестве заземляющих проводников мо­гут быть использованы:

специально предусмотренные для этой цели проводники;

арматура железобетонных строительных конструкций и фундаментов;

Трубчатый или стержневой у поверхности земли

Для уголка шириной bу принимается

Протяженная полоса или круглая стель на поверхности земли

Для полосы шириной bп принимается

Протяженная горизонтальная полоса в земле

Формулы для вычисления сопротивления растеканию одиночных заземлителей

Примечание: все размеры даны в м, ρ — Ом∙м; R — Ом.

металлические конструкции производственного назначе­ния (подкрановые пути, шахты лифтов и подъемников, об­рамление каналов и т. п.);

Заземляющие проводники специального назначения про­кладываются по конструкциям зданий открыто, в легко до­ступных для осмотра местах; к оборудованию они присоеди­няются сваркой или болтами, а к заземлителю (под зем­лей) — только сваркой.

Заземлитель — это металлический проводник или груп­па проводников, находящихся в непосредственном соприкос­новении с землей. Различают искусственные и естественные заземлители.

Искусственные заземлители предназначаются исключи­тельно для целей заземления и выполняются в виде верти­кально погруженных стальных труб, уголков, стержней, сваренных по верхним концам горизонтальной соединительной полосой.

В агрессивных почвах, где заземлители подвергаются усиленной коррозии, их выполняют из меди, омедненного или оцинкованного металла. Обычно длина вертикальных электродов составляет 2,5—4,0 м.

Однако в плохо проводящих грунтах часто приходится устраивать глубинные заземлители — стальные стержни дли­ной 10—12 м in более, которые позволяют достигнуть слоев земли с хорошей проводимостью. Такие заземлители приме­няются, в частности в песчаных грунтах.

Естественные заземлители — это находящиеся в земле металлические предметы иного назначения. Из соображений экономии металла их следует максимально использовать.

Естественными заземлителями могут служить:

проложенные в земле водопроводы и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов или смесей;

обсадные трубы скважин;

подземные металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений;

свинцовые оболочки проложенных в земле кабелей (алю­миниевые оболочки использовать не допускается, так как алюминий в почве окисляется, а окись алюминия является изоляцией);

рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднаме­ренного устройства перемычек между рельсами.

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления — число, размеры и разме­щение вертикальных электродов, а также длину горизон­тальных соединительных шин, при которых общее сопротив­ление растеканию тока не превысит регламентированных ПУЭ значений.

Омическое сопротивление заземляющего устройства скла­дывается из сопротивления заземляющих проводников, заземлителя и переходного сопротивления между заземлителем .и грунтом (или сопротивления растеканию).

Два первых слагаемых по сравнению с третьим пренеб­режимо малы и в расчетах не учитываются.

Сопротивление растеканию зависит от размеров зазем-литслей, глубины их заложения, удельного сопротивления почвы, размещения и числа одиночных заземлителей в груп­повом.

Сопротивление растеканию одиночных заземлителей наи­более распространенных форм рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 2.

В этих формулах ρ — расчетное удельное сопротивление грунта, т. е. сопротивление куба грунта с ребром длиной 1 м. Удельное сопротивление ρ имеет размерность (Ом • м).

Значение р земли колеблется в широких пределах: от де­сятка Ом-м до десятков тысяч Ом • м и зависит от многих факторов: влажности грунта, его состава и структуры, степени уплотненности, а также от времени года.

Род грунта непосредственно не оказывает влияния на его удельное сопротивление, поскольку сухой грунт любого рода практически не проводит тока. Однако различные грунты содержат неодинаковое количество растворимых веществ, обладают различной дисперсностью, имеют различную спо­собность удерживать свободную воду и поэтому, будучи увлажненными, оказывают различное сопротивление элек­трическому току (табл.3).

Влияние времени года на сопротивление грунта связано с изменением атмосферных условий.

В весенние и осенние месяцы дожди и тающий снег резко

увеличивают содержание влаги в почве, что приводит к уменьшению удельного сопротивления грунта.

Зимой и летом происходит увеличение удельного сопротивления грунта: зимой вследствие замерзания, а летом — испарения влаги. Причем более высокие значения ρ грунта наблюдаются зимой.

Приближенные значения удельных сопротивлений

4. Технические способы защиты от поражения электрическим током

Назначение, принцип действия, область применения. Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным 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.

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 (рис. 4.10) образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то 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 короткого замыкания.

Рис. 4.6. Принципиальная схема зануления в системе TN — S

1 – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R₀ – сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; R _П – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; I _к – ток КЗ; I _н – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; I _з – часть тока КЗ, протекающего через землю – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R₀ – сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; R _П – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; I _к – ток КЗ; I _н – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; I _з – часть тока КЗ, протекающего через землю – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители): R₀ – сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; R _П – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; I _к – ток КЗ; I _н – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; I _з – часть тока КЗ, протекающего через землю

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.

В качестве максимальной токовой защиты, обеспечивающей быстрое отключение электроустановки в аварийном режиме могут использоваться плавкие предохранители и автоматические выключатели, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки, автоматы с комбинированными расцепителями, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки и др.

Назначение отдельных элементов схемы зануления. Из рис. 4.6 видно, что для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник, глухое заземление нейтрали источника тока и повторное заземление нулевого защитного проводника.

Рассмотрим назначение этих элементов применительно к наиболее распространенным электрическим сетям – трехфазным переменного тока.

Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления — обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1 кВ, предназначено для снижения напряжения зануленных открытых проводящих частей (а следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до допустимого значения при замыкании фазного провода на землю.

Повторное заземление нулевого защитного проводника практически не влияет на время отключения электроустановки от сети. Однако, при эксплуатации зануления могут возникнуть такие ситуации, когда повторное заземление нулевого защитного проводника необходимо, например, при обрыве нулевого защитного проводника. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление PE – и PEN – проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления нулевых защитных проводников следует в первую очередь использовать естественные заземлители. В этом случае сопротивление растеканию тока заземлителя повторного заземления не нормируется. Внутри больших и многоэтажных зданиий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине.

Повторному заземлению подвергаются нулевые рабочие провода воздушных линий, которые одновременно используются как нулевые защитные проводники ( PEN – проводники). При этом в соответствии с ПУЭ повторные заземления выполняются на концах линий или ответвлений длиной более 200 м. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также заземляющие устройства, предназначенные для грозовых перенапряжений.

Надежность зануления определяется в основном надежностью нулевого защитного проводника. В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключатели, предохранители и другие приборы, способные нарушить его целостность.

При соединении нулевых защитных проводников между собой должен обеспечиваться надежный контакт. Присоединение нулевых защитных проводников к частям электроустановок, подлежащих занулению, осуществляется сваркой или болтовым соединением, причем, значение сопротивления между зануляющим болтом и каждой доступной прикосновению металлической нетоковедущей частью электроустановки, которая может оказаться под напряжением, не должно превышать 0,1 Ом. Присоединение должно быть доступно для осмотра.

Нулевые защитные провода и открыто проложенные нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску : по зеленому фону желтые полосы .

В процессе эксплуатации зануления сопротивление петли “фаза-нуль” может меняться, следовательно, необходимо периодически контролировать значение этого сопротивления. Измерения сопротивления петли “фаза-нуль” проводят как после окончания монтажных работ, то есть при приемо-сдаточных испытаниях, так и в процессе эксплуатации в сроки, установленные в нормативно технической документации, а также при проведении капитальных ремонтов и реконструкций сети.

Расчет зануления имеет целью определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи — быстро отключает поврежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануление рассчитывают на отключающую способность. При этом в соответствии с ПУЭ должны выполняться следующие требования.

В системе TN время автоматического отключения питания не должно превышать значений, указанных в таблице 4.1.

Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения питания

Устройство заземления. Виды и особенности. Правила и монтаж

Большая часть домов в нашей стране оснащена системой электропередач, не имеющей заземления, по старому образцу. Необходимо помнить, что работа современных бытовых устройств без наличия заземляющего контура способствует возникновению в их деятельности различных неисправностей, и, как следствие, выходу из строя. Владельцам домов приходится самостоятельно производить устройство заземления, которое необходимо для создания электробезопасности.

Основной задачей заземления является отключение напряжения сети при возникновении утечки тока. Это может быть выражено в виде прикосновения человека к токоведущим частям, повреждения изоляции электрических проводов. Другой, не менее важной функцией заземления является создание нормальных условий для работы бытовых электрических устройств.

Некоторые устройства требуют кроме заземляющего контакта в розетке, еще и прямого подключения к шине заземления. Для этого имеются специальные зажимы.

Например, микроволновая печь может создавать фон, опасный для человека, если ее не подключить напрямую к заземляющей шине. На задней стенке корпуса печи может находиться специальная клемма для заземления. А если прикоснуться влажными руками к стиральной машине без заземления, то руки может неприятно щипать. Решить эту проблему можно только, подключив «землю» на корпус стиральной машины. С электрической духовкой ситуация похожа на предыдущие случаи.

Также своеобразно реагирует на наличие заземления бытовой компьютер. Если сделать заземление на корпус системного блока, то может повыситься скорость Интернета, и исчезнут всевозможные зависания.

Не менее важным является устройство заземления в частных домах. Тем более, если дом деревянный. Все дело в возможных ударах молнии. На частных усадьбах много различных частей, которые притягивают молнии: скважины, трубы, колодцы и т. д. При отсутствии молниеотвода и контура заземления, удар молнии с большой вероятностью может привести к пожару. Обычно в сельской местности нет пожарной части, или она удалена, поэтому жилые и подсобные помещения могут пострадать или полностью выгореть за короткий срок. Вместе с заземлением рекомендуется выполнять устройство молниеотвода.

Правила устройство заземления

Искусственные системы заземления используют в случаях, когда естественные элементы заземления не удовлетворяют правилам. В качестве естественных элементов могут служить водопроводные стальные трубы, находящиеся в земле, артезианские скважины, элементы зданий из металла, соединенные с землей и т.п.

Запрещается применять бензопроводы, нефтепроводы и газопроводные трубы в виде естественных заземлителей.

Для самодельных элементов заземления рекомендуется использовать металлический уголок 50 х 50 мм, в длину 3 метра. Эти отрезки забивают в землю в траншее, имеющей глубину 0,7 метра. При этом оставляют 10 см отрезков над дном. К ним приваривают проложенный в траншее стальной пруток диаметром от 10 до 16 мм, либо стальную полосу аналогичного сечения по всему контуру объекта.

По правилам в электрических установках до 1000 вольт сопротивление контура заземления должно быть не выше 4 Ом. Для установок более 1000 вольт сопротивление заземления должно быть не выше 0,5 Ом.

Варианты и особенности

Всего существует 6 систем заземления, но в частных постройках используется чаще всего 2 схемы: TN — C — S и TT. В последнее время популярна первая из этих систем. В ней имеется глухозаземленная нейтраль. Шина РЕ и нейтраль N проводится одним проводом РЕN, на входе в здание устройство заземления разделяется на отдельные ветки.

В такой схеме защита осуществляется электрическими автоматами, при этом не обязательно монтировать устройства защитного отключения. Недостатком такой схемы можно назвать следующий момент. Если повреждается проводник РЕN между подстанцией и домом, то на шине заземления в доме возникнет напряжение фазы. При этом оно не отключается никакой защитой. В связи с этим правила требуют обязательное наличие механической защиты проводника РЕN, и резервное заземление на столбах через каждые 200 метров.

Однако, в селах электрические сети в основном не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому целесообразно применять схему ТТ. Эту схему лучше применять для отдельных построек, имеющих грунтовый пол, так как есть вероятность прикосновения сразу к заземлению и грунту, что опасно при схеме TN – C — S.

Отличие состоит в том, что «земля» идет на щит от индивидуального заземления, а не от подстанции. Эта система более устойчива к возникновению повреждений защитного проводника, но требует обязательной установки устройства защитного отключения. Иначе не будет защиты от удара током. Поэтому правила называют такую схему резервной.

Монтаж заземления

Устройство заземления существует двух видов, отличающиеся способом монтажа и свойствами материалов. Один вид состоит из модульной штыревой конструкции заводского исполнения с несколькими электродами, а второй вид выполняется самостоятельно из кусков металлопроката. Эти виды отличаются заглубленными частями, а надземная часть и проводники аналогичны друг другу.

Устройство заземления приобретенное в торговой сети, имеет свои преимущества:

• Продается комплектом, элементы набора разработаны специалистами с соблюдением всех требований правил, изготовлены на заводском оборудовании.
• Не требуются сварочные работы, и почти не нужны земляные работы.
• Дает возможность углубиться в землю на значительную глубину с получением малого сопротивления всего устройства заземления.

Устройство заземления заводского исполнения имеет недостаток это высокая стоимость набора.

Материалы и инструменты

Заземлители, изготовленные самостоятельно, должны быть выполнены из оцинкованного металлопроката: прутка, уголка, либо трубы.

Купленные наборы состоят из омедненных штырей с резьбой. Они соединяются муфтами из латуни. Провод заземления соединяется со штырем зажимом из нержавейки с применением специальной пасты. Заземлители запрещается смазывать или окрашивать.

При выборе сечения проката необходимо учесть тот факт, что при воздействии коррозии со временем сечение уменьшится.

Наименьшие сечения проката выбираются:

• Оцинкованный пруток – 6 мм.
• Пруток из металла без покрытия – 10 мм.
• Прямоугольный прокат – 48 мм 2 .

Штыри соединяют полосой, проволокой или уголком. Ими подводят заземление до электрического щита. Размеры соединяющего проката: пруток – диаметром 5 мм, прямоугольный профиль – 24 мм 2 .

Сечение провода заземления в здании не должно быть меньше сечения провода фазы. К этим проводникам имеются требования по диаметру жил:

• Алюминиевый без изоляции – 6 мм.
• Медный без изоляции – 4 мм.
• Изолированный алюминиевый – 2,5 мм.
• Изолированный медный – 1,5 мм.

Для соединения всех проводников заземления нужно применять заземляющие шины, выполненные из электротехнической бронзы. По схеме ТТ элементы щита крепятся на стенку ящика.

Заземлители, изготовленные самостоятельно, забивают в землю кувалдой, а заводские элементы с помощью отбойного молотка. В обоих вариантах целесообразно использовать стремянку. Прокат из черного металла сваривается ручной сваркой.

Земляные работы

Заземлители располагают от фундамента на расстоянии 1 метра. Размечается контур заземления в виде треугольника, окружности или линии. Расстояние между штырями должно быть не менее 1,2 м. Рекомендуется сделать треугольник с 3-метровой стороной, и длиной штырей 3 метра.

Затем копают траншею глубиной 0,8 м. Ее ширина должна быть удобной для сварки проводников. Чаще всего делают траншею шириной 0,7 м.

Подготовка электрода (штыря)

Электрод заостряется с помощью болгарки. Если металлопрокат, бывший в употреблении, то необходимо его очистить от старого покрытия. На штырь заводского исполнения навинчивается острая головка, место соединения смазывается специальной пастой.

Заглубление электродов

Электроды забивают в землю с помощью кувалды. Начинать удары лучше, находясь на стремянке или подмостьях. При мягком металле удары наносят через деревянные бруски. Штыри забиваются не до конца, над поверхностью дна оставляют 10-20 см для выполнения соединения с контуром.

Заводские электроды забивают отбойным молотком. После заглубления штыря, на него навинчивают муфту и другой заземлитель. Далее процесс повторяют до достижения необходимой глубины.

Соединение электродов

Штыри обычно соединяют полосой 40 х 4 мм. Для проката из черного металла используют сварочное соединение, так как болты быстро подвергнутся коррозии, что увеличит сопротивление контура. Сваривать необходимо качественным швом.

Заземление от готового контура проводится полосой к дому, загибается и крепится на фундаменте. На краю полосы приваривают болт для крепления провода от щита.

На последний электрод монтируется крепежный хомут и закрепляется провод. Зажим герметизируют специальной лентой.

Засыпка траншеи

Для засыпания траншеи целесообразно использовать плотную однородную почву.

Устройство заземления, приобретенное в магазине, с одним штырем, может иметь в комплекте пластмассовый колодец для ревизии.

Проведение в щит

Распределительный щит фиксируется на стене здания, кроме мест с высокой влажностью. Сквозь стены провод проводят с применением трубных гильз. В щитке провод заземления соединяется с заземляющей шиной, установленной на корпусе щита, болтовым соединением.

Сопротивление заземления проверяют мультиметром. Если оно оказывается больше 4 Ом, то нужно увеличить число электродов. На разъем шины заземления также подключаются провода заземления в желтой изоляции, которые приходят в щит от потребителей. При присоединении светильников, розеток, различных устройств желтые провода заземления также подключают к своим клеммам. Например, в розетках такая клемма с винтом расположена в центре.