Заземление — ключевой элемент безопасного электроснабжения промышленного, гражданского, жилого объекта. Принцип действия основан на проведении электрического тока с оказавшегося под напряжением корпуса агрегата, электробытового, сантехнического прибора или иного токопроводящего элемента по пути наименьшего сопротивления.
Необходимость и виды систем заземления
Основная его функция — предохранение людей и животных от поражения электрическим током. При расчёте электрических схем в качестве стандартного показателя сопротивления человеческого тела принимается значение в 1 тыс. Ом (в реальности свыше 3 тыс. Ом). Сопротивление схемы должно превышать 4 Ом. В этом случае действие электрического тока минимизирует неприятные для человека ощущения в виде покалываний, и полностью исключит серьёзные негативные последствия для организма, в том числе тяжёлого травматического характера или летального исхода.
Защитное заземление относится к сложным электрическим конструкциям, которые нуждаются в постоянном контроле, тестировании и профилактике. Особое внимание уделяется проверке уровня сопротивления.
Защита электрических установок от появления напряжения в непредусмотренных местах в результате пробоя изоляции, нарушения схемы соединения электрической цепи производится заземлением или его подвидом — занулением.
Заземление использует принцип снижения разности потенциалов между токопроводящим изделием и непосредственно землёй до безопасного уровня. Включает одиночную или групповую конструкцию проводников. Чаще всего из электродов создаётся специальный контур, который устанавливается в безопасном месте. Из здания к нему подводятся кабели, уложенные в землю.- Зануление. Представляет собой электрическую цепь, в которой напряжение с корпуса электрической установки отводится в распределительный щит или в трансформаторное устройство. В нём вместо защитного заземляющего провода задействуют рабочую нулевую жилу. В отличие от заземления, зануление при резких перепадах напряжения (прикосновение человека к оголённым проводам, корпусу прибора, непредвиденно оказавшегося под напряжением) вызывает в электрической цепи короткое замыкание с немедленным её разрывом через автоматические выключатели, называемые защитными отключающими устройствами (ЗОУ).
При разработке электрической схемы во внимание принимается не сопротивление человека, а максимальное значение тока, которое он может безопасно пропустить через себя. При прикосновении к устройству, находящемуся под напряжением 220 В, частоте 50 Гц, максимальный ток не должен превышать 0,22 А. Показатель 0,5 А смертелен для человека. Зануление применяется в многоэтажных строениях, поскольку имеются сложности с созданием контуров заземления. В малоэтажных строениях и небольших промышленных объектах (мастерские, цеха, станции техобслуживания) предпочтение отдаётся заземлению.
Формы конструкций
Защитное заземление — это специальная электрическая цепь, соединяющая корпуса и иные токопроводящие элементы агрегатов промышленного и бытового назначения с конструкцией заземления. Помимо обеспечения безопасности людей и животных, заземление необходимо для защиты самих объектов. Все молниеотводы замыкаются на общий для дома заземляющий контур. Неправильная установка конструкции приводит к пожарам (20% всех возгораний). Заземление предотвращает аварийное функционирование генераторов и других агрегатов. Основные элементы схемы — заземлители. Они бывают естественными и искусственными
Естественные элементы
Наиболее употребительны, поскольку их использование эффективно с экономической точки зрения. К ним относятся:
- металлические или железобетонные изделия промышленных и гражданских строений, фермы, лифтовое оборудование, токопроводящие трубы для кабелей. Главное условие — их соприкосновение с землёй;
- трубопроводы, продуктопроводы, канализационные системы, столбы, вкопанные в землю цистерны, арматура, дренажные системы. Главное условие — отсутствие легковоспламеняющихся, взрывоопасных, горючих веществ;
- железнодорожные пути, оболочки кабелей из свинца, основания металлических мостовых сооружений, тоннелей.
Искусственные заземлители
Применяются стальные трубы и прутья. Изделия из меди более эффективны, поскольку обладают низким сопротивлением. Однако металл используется редко из-за дороговизны. На смену стали приходят специальные алюминиевые сплавы. По сути, это сложные композиционные материалы, обладающие повышенной прочностью, в 5 раз превышающей показатели аналогичных по размерам стальных изделий. Инертны к воздействию агрессивной среды, не подвержены коррозии, не образуют условий для развития микроорганизмов (плесени, грибков). Хорошо проводят электрический ток.
Факторы, влияющие на выбор системы
Заземление — обязательный атрибут эксплуатация электрических потребителей, независимо от их мощности и функционального назначения. Они могут быть представлены крупными промышленными установками, станками, электрическими двигателями, подъёмными механизмами, кранами или бытовой техникой: холодильники, стиральные машины, кофеварки, электробритвы. Принцип устройства заземления для систем идентичен. Безопасность работы с ними чётко регламентирована «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).
В документе подчёркнуто, что основным показателем, характеризующим правильность и качество проектирования и монтажа заземления, служит сопротивление всей схемы. Формула его определения сложна. Она должна учитывать множество факторов, включая тип грунта, материал структурных элементов конструкции, площадь взаимодействия устройства с землёй, сечение соединительного кабеля, токопроводящие свойства жилы.
Общие сведения и обозначение
В нормативных документах базовые расчётные показатели приводятся для систем с искусственными заземлителями. Для естественных электродов практически невозможно рассчитать токи рассеивания, сопротивление и другие показатели. Они индивидуальны для каждого конкретного случая.
Все системы искусственного заземления классифицированы с использованием буквенных обозначений. Они утверждены Международной электротехнической комиссией и применяются в ПУЭ. Буква Т (от французского terre — земля) обозначает заземление, I (isole) — изолирование, N (neute) — соединение с нейтральным проводом, C (combined) — объединение функционального и нулевого проводов, S (separated) — разделение этих проводов.
Система TN служит для глухого соединения нуля трансформатора или электрического щитка с землёй. Нейтраль играет основную роль для быстрого срабатывания релейной защиты. К ней подключаются функциональные и защитные жилы кабельных соединений.
Токопроводящие элементы электрических потребителей: корпуса, экраны, розетки, выключатели подключаются к единому нулевому проводу, контактирующему с нейтралью. Помимо глухозаземленной, применяются схемы заземления с изолированной нейтралью (системы IT).
Виды заземлений в электроустановках
В отечественной и зарубежной электротехнической практике получили распространение следующие системы заземлений.
Система TN-S
Высоконадежная схема безопасности электрической сети. Обеспечивает качественную защиту человека от поражения электрическим током. На неё не воздействуют высокочастотные колебания от электробритв, дрелей, пылесосов, стиральных машин, электрических массажных устройств. Для системы нет необходимости частой проверки контуров заземления.
Основная идея способа состоит в том, что для защиты применяется сложно комбинированный нулевой проводник PEN, соединённый с нейтралью. На входе. PEN разделяется на защитный ноль РЕ и рабочий ноль N. Система теряет защитные свойства при повреждении PEN на участке от подстанции до входа в здание. Поэтому нормативные документы требуют применения дополнительных мер для повышения эксплуатационной безопасности проводника.
Система TN-C
Наиболее распространённая, но постепенно снижающая популярность ввиду морального устаревания. Заземляющий контур изготовлен на трансформаторной подстанции. Нулевая жила от контура до потребителя подводится по единственному проводу PEN. При однофазном электроснабжении сооружения применяется двухжильная электрическая проводка (фаза и ноль). При трехфазном — четырехжильная (3 фазы и ноль). Заземление в розетках не предусматривается.
Единственный вариант связан с использованием зануления Защита человека и животных от удара электрическим током существует, но не относится к надёжным. Популярность системы объясняется простотой монтажа. В строящихся зданиях и домах установка системы TN-C запрещена.
Система TN-C-S
Модернизированный тип TN-C. Отличительная черта заключается в том, что проводник PEN на пути к потребителю разделяется на две составляющие: нулевую жилу N и защитный ноль PE. Обычно эта операция проводится в распределительном устройстве (электрический щит), где монтируются нулевая и защитная шины. Они соединяются между собой перемычкой. Защитная шина соединяется с контуром заземления.
При однофазной электропроводке в квартиру или частный дом входит кабель с тремя жилами (фаза, ноль и защита). При трехфазной — пятижильный кабель (3 фазы, N и PE). Это позволяет устанавливать розетки с клеммами для заземления. Защитная жила обеспечивает безопасность электрических установок.
Рабочий ноль служит для передачи электроэнергии потребителю. TN-C-S имеет хорошие перспективы для применения в странах СНГ, поскольку многие домовладельцы по финансовым соображениям не могут устанавливать TN-S.
Система IT
Устаревшая, но не утратившая актуальности схема. Применяется в условиях, требующих повышенной безопасности электроснабжения: шахты, рудники, химические, газоперерабатывающие заводы. На этих предприятиях возможны скопления или внезапные выбросы горючих газов. Заземление с изолированной нейтралью исключает образование искр.
Обычно применяются в сетях с напряжением до 1 тыс. В. Главная особенность — отсутствие разности потенциалов между токопроводящими поверхностями и местным заземлением. Малые токи позволяют продолжать работу электроустановки при однофазном заземлении.
Но в целом система не очень надёжна. В ней неприменимы стандартные токовые защитные аппараты (ЗОУ). Схемы безопасности сложны, требуют постоянного участия оператора.
Системы заземления TN-C-S и особенно TN-S высокоэффективны. ПУЭ только они разрешены для установки на промышленных объектах и в частном домовладении. Остальные схемы с глухозаземленной нейтралью применяются как остаточные явления. Эксплуатационные ресурсы у них невелики.
Опасность пробоя изоляции или возникновения другой неисправности высока. Она возрастает по мере увеличения токовой нагрузки со стороны потребителей. Всё большее распространение получают электрическое отопление, насосы, электрические станки, установки. В частном секторе электроэнергия используется для ведения малого и среднего бизнеса (фермы, мини-заводы по изготовлению строительных материалов, СТО). К заземлению предъявляются повышенные требования. Предпочтение следует отдавать искусственным системам, так как в них чётко регламентируются нормы.
