Заземленная электрическая система: что это такое, примеры, особенности

Каким бывает заземление?

Затрагивая тему устройства заземления, стоит особо подчеркнуть, что есть два различных его вида.

• Во-первых, защитное.
• Во-вторых, рабочего типа.

Также существует сразу несколько подгрупп, среди которых наиболее известно радиозаземление, контрольное и инструментальное.

Остановимся для начала более подробно на рабочем заземлении.

Есть целый ряд различных электрических установок, работать которые чисто технически не будут должным образом в том случае, когда они не заземлены.

Защитный вид устраивается, как правило, как раз для обеспечения должной безопасности работы электрических установок. Его можно разделить еще на несколько подвидов, но для этого необходимо знать назначение.

Виды заземления и их назначение

Рассмотрим виды заземления в электроустановках с их основными чертами в таблице.

Типы и подтипы заземления	Особенности
TN	популярнейший тип заземляющей системы, являющий собой комплекс из штырей, вертикально вбитых в землю до водоносного горизонта на глубину свыше 2,5 м; штыри объединены кабелем (полосой) в общий заземляющий контур для жилого здания; альтернативное название — глухозаземленная нейтраль, т. е. ноль совмещен с землей по всей длине
TN-C	дешевый, но устаревший вариант с высоким риском опасности: рабочий нуль N одновременно является защитным проводом PE, поэтому при обрыве N-проводника весь потенциал перейдет на электрическое оборудование, что может привести к возгоранию или поражению током
TN-S	в новых строительных проектах принимают эту подсистему, поскольку она наиболее надежная, и в тоже время дорогая (требует дополнительного проводника от подстанции к энергопотребителю); конструктивно в TN-S входят отдельный фазный провод, нейтраль N и защитный проводник PE (последние два проводника — отдельные компоненты, начиная с подстанции с глухозаземленной нейтралью)
TN-C-S	это комплекс плюсов описанных выше подсистем; очень просто реализуется при реконструкции старых видов заземления нейтрали; конструктивно состоит из системы TN-C (до главного распределительного щита), а дальше нейтральный провод PEN расходится на N-проводник и защитный PE; и уже дальше организовывается подсистема TN-S; минус — образуется полное напряжение в системе при обрыве PEN-шины, проблема решается установкой защитных реле напряжения
TT	электропитание идет по фазным проводам от источников с глухозаземленной нейтралью, заземление обустраивается прямо у потребителя; в обязательном порядке требуется подключение УЗО
IT	IT-система не использует глухозаземленную нейтраль, нуль источника подключается через спецустройство с большим внутренним сопротивлением, у потребителя при этом устанавливается дополнительно устройство ноля и защитного заземления (см. главу 1.7 ПУЭ); метод заземления IT создает минимальные помехи

Кратко резюмируем виды заземления и их назначение:

IT-система снабжения подходит для специальных лабораторий; TT-система актуальна для подключения временных объектов или мобильных сооружений, к примеру, на стройке; подсистема TN-C-S чаще всего выбирается при реконструкции старых зданий; TN-S — при проектировании новых строительных объектов; TN-C обнаруживается преимущественно в старом жилом фонде и в настоящее время не используется ввиду высоких рисков пожарной опасности и удара электрическим током; TN-система оптимально пригодна для жилых домов (обращайте внимание на современные подсистемы из этой категории)

Схемы подключения

Самыми популярными схемами подключения заземлителей являются:

Замкнутая, в форме треугольника (рис. 3). Главным достоинством можно назвать более стабильную и надежная работа. В случае повреждения перемычки между стержнями, контур все равно будет продолжать работать (но с другой стороны).

Линейная (рис. 4). Последовательное соединение в одну линию вкопанных металлических колышков. Недостатком такого контура можно назвать то, что при выходе из строя перемычки контур работать не будет.

Рис. 4 Принципиальная схема линейного вида

Кроме вышеперечисленных разновидностей схем контуров можно еще использовать формы:

1. прямоугольника;
2. овала.

Рис. 5 Формы контуров заземления

Необходимые инструменты и материалы:

1. аппарат для сварки;
2. режущий инструмент (болгарка);
3. лопата;
4. перфоратор;
5. гаечные ключи;
6. измеритель сопротивления;
7. измеритель тока;
8. измеритель напряжения.

Кроме вышеперечисленных приспособлений необходимо использовать:

• Уголок из коррозионно-стойкой стали, его размеры могут быть 50х50, 60х60 мм. Длина – более 2 метров. Также возможно использование стальной трубы, диаметром не менее 32 мм с толщиной стенки более 3,5-4 мм.
• Металлические полосы (3 штуки). Их параметры: длина – 120-130 см; ширина – 4-6 см; толщина стенки – 4-6 мм.
• Полоса стальная из нержавеющего материала 40х4, 50х5 мм. Она соединяет контур заземления и крыльцо дома.
• Болты М10, М8.
• Токопроводник медный, диаметром не меньше 6-7 мм2.

Все вышеприведенные параметры, необходимо проверить, используя измеритель.

Виды заземления

Защитное

Требуется для защиты человека от удара электрическим током. Для этого проводящие элементы оборудования соединяют с грунтом заземляющим устройством в состав которого входят: проводник, который соприкасается с землей (заземлитель), и заземляющие проводники. Цепь заземления может быть устроена с помощью естественных или искусственных заземлителей. К естественным относятся стальные и ж/б каркасы промышленных строений, ж/б фундаменты, стальные стационарно уложенные трубопроводы, алюминиевые кабельные оболочки. Искусственные заземлители изготавливают из труб, уголков, прута.

Сигнальное

Реализуется соединением с землей общего провода цепей трансляции сигнала. Системы промышленной автоматизации относятся к аналогово-цифровым. Погрешности аналоговой части провоцируются цифровой частью. Поэтому цифровое и аналоговое заземление реализуется с использованием несвязанных между собой проводников, которые соединяются только в одной точке. В зависимости от функционального назначения, сигнальная земля может быть базовой, служащей для трансляции сигнала в электронной цепи, и экранной, применяемой для заземления экрана.

Блок питания заземления

Инструкция

Заземлить водонагреватель без проведения строительных работ по монтажу контура можно в многоквартирных домах новой постройки (начиная с 1998 года). В жилье, построенном по старым ГОСТам, придется вносить изменения в проводку, устанавливать устройства защитного отключения (УЗО) или дифференциальные автоматы. В частных домах предусмотрена установка заземляющего контура.

Схема установки заземления: квадрат и треугольник

Помимо защитного действия при электрическом ударе от электрического нагревателя, контур заземления в частном доме выполняет функции по сохранению работоспособности других используемых электроприборов

Немаловажной является функция выравнивания потенциалов (ошибочно в публикациях их называют «блуждающие токи»), что защитит от поражения при одновременном прикосновении человека к двум электроприборам или при возможных «утечках тока» стиральной или посудомоечной машин

Если у вас недостаточно знаний «по электричеству», настоятельно рекомендуем обратиться для установки заземления в специализированную организацию.

1. Отступают от фундамента дома на 1,5 – 2 метра, размечают и роют траншею в виде равностороннего треугольника со стороной 2 – 2,5 м. Глубина «рва» 50 – 60 см, ширина для удобства дальнейшей работы 40 – 50 см. От треугольника к стене дома готовят траншею для подведения заземляющей шины к электрическому щитку.

Если грунт в месте постройки сухой, песчаный, то делают не треугольник, а квадрат с длиной стороны 1,5 – 2 м. Четыре штыря имеют большую площадь соприкосновения с землёй, чем в треугольнике, что снижает сопротивление контура.

1. По углам квадрата (треугольника) забивают двухметровую стальную арматуру, диаметр которой от 12 до 14 мм. На поверхности оставляют 10 – 15 см.
2. Свободные концы арматуры соединяют (сваривают) полосой металла. Толщина полосы 4 мм, ширина не меньше 40 мм. Такую же полоску, приваренную к контуру, выводят на стены.
3. Если предстоит заземлить несколько приборов, контур из той же полосы проводят по периметру строения.
4. Траншею засыпают, утрамбовывая грунт. Если проверять сопротивление контура предстоит через несколько дней, то грунт можно пролить водой для лучшей усадки.

Замеры сопротивления проводят при сухой погоде и высохшей земле — так показатели будут достовернее.

1. В нужных местах к контуру вваривают болты 8-10 мм – в дальнейшем к ним подключают провода заземления, проложенные от электроприборов.
2. Клемму на приборе, предназначенную для заземления, медным, обязательно одножильным проводником с сечением 4 мм2 или алюминиевым проводником 6 мм2 соединяют с приваренным на шине болтом. Тип присоединения — «под болт».

Правильное подключение бойлера с накопителем в ванной

Корпуса большинства накопительных бойлеров изготавливают из листового металла. В местах пользования водой это представляет дополнительную электрическую опасность.

Поражение током от таких приборов может произойти в двух случаях:

1. При разрушении нагревательного элемента. В накопительных бойлерах в 95 % им является ТЭН (трубчатый электронагреватель). Плохое качество воды с большим количеством примесей ускоренно сказывается на коррозии, а разрушившаяся трубка способствует контакту воды с фазой проводки. Ток по цепи: фаза – ТЭН – вода – тело человека – трубы канализации – земля, вызывает поражение.
2. Отгорание фазного провода от клеммных контактов (из-за коррозии или перегорания) грозит его падением на металлический корпус, прикосновение к которому приводит к непоправимым последствиям.

Для снижения опасности бойлер стараются устанавливать в месте, где случайный контакт при приёме душа исключён (под потолком, на достаточном расстоянии от ванны).

Запитывают бойлеры от отдельных автоматов защиты.

Обычные автоматические выключатели (в народе «пакетники») не защищают человека от поражения электрическим током. Срабатывают такие устройства от нагревания сильным током, что служит для сохранения проводки от возгорания при коротком замыкании. Смертельные для жизни значения силы тока в сотни раз меньше параметров автоматов.

трёхжильной проводкой
Если проводка двухжильная запрещено соединять, где либо — в розетке или на колодке — защитный и рабочий ноль.

Разница между заземлением и занулением

Термин «зануление» означает подключение нетоковедущей части установки к рабочему нулю. Если она окажется под напряжением, произойдет короткое замыкание и в автомате сработает электромагнитный расцепитель. Участок сети мгновенно будет обесточен.

Недостаток данного способа защиты состоит в том, что при повреждении (обрыве) нуля выше точки подключения защитного проводника все зануленные элементы окажутся под напряжением. Чем дальше эта точка от потребителя, т.е. чем ближе она к подстанции, тем ниже вероятность аварии и, соответственно, тем безопаснее система.

Но во втором случае точка подключения защитного проводника к нейтрали находится на подстанции, что практически исключает обрыв нуля выше ее. Полноценное заземление потребителей реализовано только в системах TT и IT (с изолированной нейтралью).

Требования к заземлению

После того как разобрались с тем, что является определением самого понятия заземления – можно перейти к тем категориям и нормам, которые вводятся действующими стандартами. Согласно ПУЭ к заземляющему устройству в первую очередь предъявляются следующие требования:

• назначение ЗУ – эффективно отводить опасные токи в землю, для чего в их конструкции предусмотрен целый набор проводников и металлических прутьев;
• заземлению подлежат все части электроустановки, включая металлические дверцы щитов;
• суммарное переходное сопротивление контактов в системе заземленияне должно превышать 4-30 Ом;
• при ее обустройстве в распределенных нагрузках обязательно использование системы выравнивания потенциалов (ее назначение – устранить неравномерность распределения напряжений).

Дополнительная информация: Поскольку основное назначение заземления состоит в обеспечении безопасности работающего с оборудованием персонала – при его эксплуатации особое внимание уделяется надежности функционирования. Качество его работы обеспечивается целым комплексом профилактических мероприятий и периодически организуемых испытаний

Заземление и зануление.

Виды заземления

В классификации видов заземления присутствует два основных его вида:

• Рабочее.
• Защитное.

Есть и несколько подгрупп: радиозаземление, измерительное, инструментальное, контрольное.

Рабочее

Существует определенная категория электрических установок, которые не будут работать, если их не заземлить. То есть, основанная цель сооружения заземляющей системы – это необеспечение безопасности эксплуатации, это обеспечение самой эксплуатации. Поэтому в этой статье данный вид нас интересовать не будет.

Защитное

А вот этот вид специально устраивается с целью обеспечить безопасность работы электроустановок. Он делится на три категории в зависимости от назначения:

• Молниезащита.
• Защита от импульсного перенапряжения (перегруз линии потребления тока или короткое замыкание).
• Защита электросети от электромагнитных помех (чаще всего данный вид помех образуется от рядом работающего электрического оборудования).

Нас интересует именно импульсное перенапряжение. Назначение заземления данного типа – это безопасность обслуживающего персонала и самой установки в процессе аварии или поломки оборудования. Обычно такая поломка внутри электрического агрегата – это замыкание провода электрической схемы на корпус прибора. Замыкание может происходить непосредственно или через любой другой проводник, например, через воду. Человек, коснувшийся корпус установки, подвергается воздействия электрического тока, потому что становится его проводником в землю. По сути, он сам становится частью заземляющего контура.

Схема заземления в частном доме

Вот почему, чтобы устранить такие ситуации и устанавливается заземление корпуса на контур, расположенный в земле. При этом срабатывание заземляющей схемы – это толчок для системы автоматов, которые тут же отключают подачу электроэнергии к оборудованию. Все это располагается в специальных силовых и распределительных щитах.

Сопротивление заземлению

Есть такой термин, как сопротивление растеканию тока. Для простых обывателей легче будет воспринимать, как сопротивление заземлению. Вся суть этого термина заключается в том, что схема заземления должна работать корректно с определенными параметрами. Так вот сопротивление является основным из них.

Оптимальный вариант этого значения – ноль. То есть, лучше всего использовать материалы для сборки контура, у которых электропроводность самая высокая. Конечно, добиться идеала никак не получится, поэтому старайтесь выбирать именно те, у которых сопротивление самое низкое. К ним относятся все металлы.

Есть специальные коэффициенты, с помощью которых производится определение показателя сопротивления заземляющего контура, эксплуатируемого в разных условиях. К примеру:

в частном домостроение, где используются сети на 220 и 380 вольт (6 и 10 кВ), необходимо устанавливать контур с сопротивлением 30 Ом.

• монтируемая газопроводная система, входящая в дом, должна заземляться схемой в 10 Ом.
• молниезащита должна иметь сопротивление не более 10 Ом.
• Телекоммуникационное оборудование заземляется контуром 2 или 4 Ом.
• Подстанции от 10 кВ до 110 кВ – 0,5 Ом.

То есть, получается так, что чем больше мощность силы тока внутри оборудования или приборов, тем ниже должно быть сопротивление.

Конструкция контура

Составные части

Уже упоминавшееся ранее сопротивление заземления (Rз) контура – основной параметр, контролируемый на всех этапах его эксплуатации и определяющий эффективность его применения. Эта величина должна быть настолько малой, чтобы обеспечить свободный путь аварийному току, стремящемуся стечь в землю.

Обратите внимание! Важнейшим фактором, оказывающим решающее влияние на величину сопротивления заземления, является качество и состояние грунта в месте обустройства ЗУ. Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:. Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:

Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:

• В её составе необходимо предусмотреть набор металлических прутьев или штырей длиной не менее 2-х метров и диаметром от 10-ти до 25-ти миллиметров;
• Они соединяются между собой (обязательно на сварку) пластинами из того же металла в конструкцию определённой формы, образуя так называемый «заземлитель»;
• Кроме того, в комплект устройства входит подводящая медная шина (её ещё называют электротехнической) с сечением, определяемым типом защищаемого оборудования и величиной токов стекания (смотрите таблицу на рисунке ниже).

Эти составляющие устройства необходимы для соединения элементов защищаемого оборудования со спуском (медной шиной).

Различие по месту устройства

Согласно положениям ПУЭ, защитный контур может иметь как наружное, так и внутреннее исполнение, причём к каждому из них предъявляются особые требования. Последними устанавливается не только допустимое сопротивление контура заземления, но и оговариваются условия измерения этого параметра в каждом частном случае (снаружи и внутри объекта).

При разделении систем заземления по их местонахождению следует помнить о том, что лишь для наружных конструкций корректен вопрос о том, как нормируется сопротивление заземлителя, поскольку внутри помещения он обычно отсутствует. Для внутренних конструкций характерна разводка по всему периметру помещений электротехнических шин, к которым посредством гибких медных проводников подсоединяются заземляемые части оборудования и приборов.

Для элементов конструкций, заземлённых снаружи объекта, вводится понятие сопротивления повторного заземления, появившееся вследствие особенной организации защиты на подстанции. Дело в том, что при формировании нулевого защитного или совмещённого с ним рабочего проводника на питающей станции нейтральная точка оборудования (понижающего трансформатора, в частности) уже заземляется один раз.

Поэтому когда на ответном конце того же провода (обычно это PEN или PE шина, выводимая непосредственно на щиток потребителя) делается ещё одно местное заземление, его с полным основанием можно назвать повторным. Организация этого вида защиты показана на рисунке ниже.

Важно! Наличие местного или повторного заземления позволяет подстраховаться на случай повреждения защитного нулевого провода PEN (PE – в системе электропитания TN-C-S). Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля». Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля»

Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля».

Достоинства и недостатки изолированной нейтрали

Несомненным достоинством режима изолированной нейтрали является отсутствие необходимости быстрого отключения первого однофазного замыкания на землю. Кроме того, в местах повреждений образуется малый ток, при условии малой токовой емкости на землю.

Однако этот режим имеет ряд существенных недостатков, из-за которых его использование существенно ограничено.

Основные недостатки изолированной нейтрали:

• Возможные дуговые перенапряжения перемежающегося характера дуги малого тока в месте однофазного замыкания на землю.
• Повреждения могут возникнуть во многих местах по причине пробоя изоляции на других соединениях, где возникают дуговые перенапряжения. По этой причине выходят из строя сразу многие кабели, электродвигатели и другое оборудование.
• Дуговые перенапряжения воздействуют на изоляцию в течение продолжительного времени. В результате, в ней постепенно накапливаются дефекты, что приводит к снижению срока эксплуатации.
• Все электрооборудование необходимо изолировать на линейное напряжение относительно земли.
• Места повреждений довольно сложно обнаружить.
• Реальная опасность поражения людей электротоком в случае продолжительного замыкания на землю.
• При однофазных замыканиях не всегда может быть обеспечена правильная работа релейной защиты, поскольку значение реального тока замыкания полностью связано с режимом работы сети, в частности, с количеством включенных присоединений.

Таким образом, большое количество недостатков перекрывает все достоинства данного режима заземления. Однако в определенных условиях этот метод считается достаточно эффективным и не противоречит требованиям ПУЭ.

Определение понятия

Если сказать кратко и простыми словами, то:

Заземление – это устройство, которое защищает человека от поражения электрическим током, если всё электрооборудование соединено с землей. В аварийной ситуации опасное напряжение «стекает» на землю.

Защита – основное назначение заземления. Оно заключается в подключении дополнительного, третьего заземляющего проводника в проводку, который соединен с таким устройством, как заземлитель. Он, в свою очередь, имеет хороший контакт с землей.

Заземление бывает рабочим и защитным по назначению. Рабочее нужно для нормального функционирования электроустановки, защитное нужно для обеспечения электробезопасности (предотвращения поражения электрическим током).

Обычно заземление (заземлитель) выглядит как три электрических прута вбитых в землю, на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в углах равностороннего треугольника. Эти пруты соединены между собой металлической полосой. Вы могли видеть такие пруты около домов и сооружений.

Также вы могли заметить, что на стенах многих зданий внутри или снаружи закреплены металлические полосы, иногда выкрашенные желтыми и зелеными чередующимися полосами – это заземляющая шина, она тоже соединена с заземлителем. Заземляющая шина нужна для того, чтобы не тянуть от каждой электроустановки заземляющий провод.

Технологии устройства заземления

Контур заземления устанавливается по одной из двух технологий:

• Традиционная.
• Модульно-штыревая.

Традиционная технология

По правилам традиционной технологии заземление выполняется из черного металла. В этих целях могут быть использованы полоски, трубы, уголки. Для начала выбирается подходящее для оборудования заземляющего контура место в почве. Затем на расстоянии 5 м друг от друга вкапываются в грунт металлические электроды (на глубину около 3 м в зависимости от объекта). Далее они собираются в общий контур с помощью сварки и стальной полоски.

Из-за трудоемкой установки и коррозии, свойственной металлу, сейчас чаще применяется более современная модульная технология.

Модульная технология

Для обустройства модульно-штыревой заземляющей технологии применяются металлические стержни с медным покрытием. Они вбиваются в грунт вертикально на глубину до 1 м. По краям нарезается резьба, которую тоже покрывают медью. Металлические элементы конструкции соединяют латунными муфтами. Для соединения горизонтальных и вертикальных частей берут латунные зажимы. Все детали обрабатываются специальной защитной пастой от коррозии.

Модульно-штыревая технология не нуждается в трудоемком монтаже и сварке. Она подходит для любого типа грунта и имеет больший срок службы, чем традиционная.

Технически совершенная система заземления здания обеспечивает надежную и безопасную работу электроприборов для потребителя. Во многих случаях правильное заземление может спасти жизнь человека.

Что такое «нуль» и «земля» согласно ПУЭ?

То, что мы привыкли называть «нулем» и «землей» в ПУЭ называется нулевым рабочим проводником (N) и нулевым защитным проводником (PE). Вот как они трактуются в нормативном документе:

1.7.17. Защитным проводником (РЕ) в электроустановках называется проводник, применяемый для защиты от поражения людей и животных электрическим током. В электроустановках до 1 кВ защитный проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора, называется нулевым защитным проводником.

1.7.18.а Нулевым рабочим проводником (N) в электроустановках до 1 кВ называется проводник, используемый для питания электроприемников, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в трехпроводных сетях постоянного тока.

Из этих формулировок понятно, что защитный нулевой проводник необходим для защиты от поражения электрическим током. То есть к нему должно заземляться электрооборудование, например, стиральная машинка, бойлер, котел и т.д. В то же время рабочий нулевой проводник необходим для питания оборудования, то есть по нему будет протекать ток.

В некоторых случаях допускается использовать «нуль» (PE) в качестве «земли», как это указано в ПУЭ 1.7.18.б. В этом случае провод становится совмещенным проводником, который сочетает функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников. Он будет называться PEN

Однако здесь есть один нюанс, который важно знать

Дело в том, что согласно ПУЭ 1.7.83 «В цепи заземляющих и нулевых защитных проводников не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей». То есть нулевой защитный проводник («земля») должен идти непрерывно от щитка к розетке или осветительному прибору. Если мы, к примеру, посадим заземление на нуль, тогда «путь» прервется путем вынимания вилки из розетки. И если произойдет пробой, корпус остального оборудования, заземленного на этот провод, окажется под напряжением.

Далее в этом же пункте сказано: «В цепи нулевых рабочих проводников, если они одновременно служат для целей зануления, допускается применение выключателей, которые одновременно с отключением нулевых рабочих проводников отключают все провода, находящиеся под напряжением». Из этого следует, что «нуль» можно использовать в качестве «земли», если при его отключении, отключаются и все стальные проводники, находящиеся под напряжением. Осуществить такое в квартирных условиях довольно сложно.