Виды заземления и их назначения

Заземляющие устройства: заземление, виды и технические параметры

Заземляющее устройство (ЗУ) — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников которые соединяют землю с электрическими приборами, машинами и электроустановками.

Главная задача ЗУ – создание надежного соединения для отвода напряжения с элементов, которые могут попасть под высокое напряжение.

Причиной тому чаще всего служат:

• молния;
• вынос потенциалов;
• вторичная индукция из-за влияния близко находящихся токоведущих частей.

Роль земли может выполнять грунт или вода в крупных водоемах и реках, каменноугольные выработки, и иные природные или рукотворные объекты с похожими свойствами.

Разделяют три вида заземления:

• рабочее зазмеление необходимо для нормального функционирования прибора или установки, которое пропускает через себя рабочий ток, составляющий часть тока в фазе трехфазной системы или в одном из полюсов постоянного тока;
• зануление заземление — нейтраль трехфазного генератора или трансформатора заземлена и от нее проложен нулевой провод, выполняющий одновременно функции рабочего и защитного зануления;
• заземление безопасности — главной задачей является уменьшение шагового напряжения и обеспечение электробезопасности. Это осуществляется путем снижения сопротивления каждого отдельного заземлителя и равномерным распределением потенциала по всей площади;

В трехфазных сетях с напряжением менее 1000 Вольт при наличии изоляции нейтрали в обязательном порядке требуется защитное заземление, и независимо от режима изоляции в сетях от 1000 Вольт.

Устройства заземления и их виды

Одним из главных элементов электрических сетей является заземление.

Профессиональное определение заземления гласит, что это преднамеренное электросоединение сети, оборудования или электроустановки с заземляющим устройством, которое позволяет обеспечить защиту человека и животных от опасных токов прикосновения, снижающихся заземлением.

В простых словах, это проводник, соединённый с одной стороны с частями оборудования, которые не должны находиться под напряжением, а с другой — с элементом, выполняющим функцию заземлителя. В случае когда корпус непредвиденно попадает под напряжение, такая система отводит токи в землю, а прикоснувшийся к прибору человек не получит повреждений.

В зависимости от назначения, существуют два вида контуров заземления: защитный и рабочий. Каждый из них несёт определённую функцию. Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током. Рабочее же обеспечивает безопасное функционирование оборудования, хотя в некоторых случаях способно выполнять роль защитного.

Заземлитель чаще выполняется из трёх железных прутов, полностью вбитых в почву и соединенных между собой металлическими полосами, в виде треугольника с равными сторонами. А чтобы от заземлителя не приходилось тянуть заземляющий проводник к каждой установке, используют аналогичные полосы, выполняющие роль шины, которая проходит по всему зданию или сооружению — уже от неё можно подключать заземления к оборудованию.

От шины до потребителя проходит проводник, значительно меньший по сечению, нежели рабочие кабели, и маркированный жёлтым или жёлто-зелёным цветом. Он подключается к корпусам электроустановок или к клеммам, которые впоследствии будут соединены через вилку с заземляющим проводом электроприбора.

Защитный заземляющий контур

В случае пробоя защитное заземление вполне способно выполнить роль рабочего, а также может спасти оборудование при попадании молнии — естественно, если существует громоотвод. Однако основная задача защитного контура заключается всё же в защите людей от повреждения электрическим током.

Рабочее, или функциональное заземление

Рабочее заземление часто называют функциональным, и предназначено оно в первую очередь для защиты и сохранения работоспособности оборудования. Преимущественно оно используется для трёхфазных сетей и рассчитано на понижение напряжения до безопасных величин в случае пробоя на корпус. Это позволяет сохранить оборудование и приборы, не нарушив их функциональность.

Если таким образом заземлено оборудование с напряжением до 1 кВ, то необходимо использовать изолированную нейтраль. Если значение напряжения выше 1 кВ, то нейтраль допускается любая.

При необходимости функциональное заземление способно выполнять роль защитного. Таким образом, при правильно работающем заземлении ток или напряжение становятся безопасными для человеческой жизни.

Виды заземления в зависимости от подведения проводки

До проведения работ по электропроводке здания, необходимо сделать выбор способа подключения к внутридомовой сети провода земли и вида контура защиты. Приведем расшифровку аббревиатур, применяемых в названии видов подводки кабеля:

• I – изолированная проводка;
• N – обозначает подключение к нейтральному проводу;
• Т – символ, обозначающий подключение к заземляющему проводу.

Принята мировая система заземления, в которую входят три основных вида.

IT- система

Практически неприменяемая система в жилищном строительстве. При ней используют сопротивление с большим номиналом или через воздушную прослойку. Применяется этот вид заземления в лабораторных и лечебных помещениях. Служит для обеспечения большого уровня защиты для оборудования и приборов, требующих при обслуживании значительного уровня безопасности и стабильности.

По правилам ПУЭ, для частного хозяйственного строительства, можно использовать систему с независимыми заземлителями.

Система ТТ

Провода подводят к щитовой, на вводе в здание с двумя заземлителями. Наиболее часто применяют для обслуживания систем источников напряжения в сети и на металлическом покрытии системы без изоляции. Значительные показатели работы нулевой проводки на расстоянии от трансформаторов тока до потребителя электроэнергии.

При монтаже может возникнуть сложность, связанная с подбором диаметра проводки для обеспечения безопасности самого заземления. Для этих целей в данный вид подведения провода, устанавливается система отключения.

TN-система

Это, наиболее распространенный вид проведения заземляющего проводника с заземлением нейтрального провода, позволяет подключать к нейтрали всех потребителей тока данного здания.

Подключается все оборудование к заземлению через провода ноля. Все токопроводящие корпуса оборудование и приборы в электрощитовых и других потребителей, при коротком замыкании на корпуса, выключаются от сети с помощью автоматов и предохраняют человека, находящегося в помещении от поражения электротоком.

Она подразделяется на следующие виды:

1. Система TN – 5. Вид подведения заземления и нулевого провода двумя отдельными проводниками. Такой способ на сегодняшний день является наиболее безопасной для человека. Проводку от источника питания, при этом способе, ведут с использованием трехжильного медного провода с соответствующим сечением для данного здания и количества потребителей. Как правило, для подведения фазы используют коричневый или черный проводник, ноль подводят голубым или синим проводом, а для подведения заземления используется желто-зеленый цвет изоляции.
2. Система TN-C-S, в ней подводятся к электрощиту два провода, а именно провод нейтрали и провод фазы. И уже в щитке производят разделение ноля на два проводника, один из которых ноль, а второй провод заземления. Для обеспечения надежной и безопасной защиты в щитке требуется устанавливать дополнительный автомат отключения после разводки проводников.

При использовании медных многожильных проводников в проводке старого здания, не оснащенного защитным контуром, появляется оснастить электросеть надежной защитой.

Такая система хорошо предохраняет проводку и бытовые приборы при попадании молнии. При установке УЗО повышается уровень безопасности человека. К минусам можно отнести — установка дополнительного оборудования и снижение безопасности при обслуживании загородного дома.

Сечение проводки и выбор конструкции заземляющих контуров – одни из основных характеристик при проведении монтажа одного из видов заземляющего контура.

Для проведения работ по изготовлению контура заземления используются различные заземлители из искусственных или натуральных металлов. Исходя из пункта 1,7,109 Правил установки, могут быть использованы железобетонный или металлический участок здания, находящиеся в земле защитные оболочки кабелей, погружаемые в скважины трубы и другие.

Нельзя подключать провода заземления к газовым трубопроводам, трубам канализации, отопительным трубопроводам. Но для выравнивания потенциалов тока, данные участки можно использовать.

При мощности электрической сети здания более кВт, его необходимо оборудовать системой заземления. Виды заземления используются для обеспечения безопасной работы сети тока, но величина сопротивления не должна превышать величины 4 Ом.

Заземлители (заземляющие колья, забиваемые в землю для создания контура заземления) обязательно выполняются из меди, оцинкованного или черного металла. Все значения размеров заземлителей и других составляющих контура, приведены в пунктах ПУЭ.

Горизонтальная перемычка контура заземления должна быть заглублена в грунт не менее полуметра, в случае легкого грунта заглублять его следует не менее метра. Горизонтальные перемычки на сопротивление контура влияют больше чем вертикальные заземлители.

При необходимости устанавливается повторный контур заземления электрической сети.

При выборе сечения необходимо ознакомится с требованиями ПУЭ, но провод заземления не может быть меньше провода фазы.

Заземление не сможет заменить автоматический разрыватель цепи и УЗО, а они не смогут выполнить работу заземления.

Безопасность и заземление

Все ныне эксплуатируемые системы заземления разработаны для максимальной безопасности и надежности использования электрической техники и оборудования, а также для исключения случаев увечий людей путем получения травмы током.

При расчетах и проектировании схем все должно быть продумано максимально точно, что максимально снизить риск образования напряжения на корпусах приборов – оно опасно для жизни живых организмов. Система должны или нейтрализовать опасный потенциал на поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание механизмов защиты в срочном порядке. Любая ошибка может стоить человеческой жизни.

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).

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Заземление нейтрального проводника

В нашей стране, сети 6-35 кВ эксплуатируются с не глухо заземленной нейтралью. Использование таких сетей хорошо тем, что у них низкое значение токов замыкания на грунт, но при ОЗЗ, изготовленных из металла, в таких сетях повышается напряжение на целых фазах относительно земли до уровня линейного, что плохо в этом случае.

Коэффициент замыкания на грунт — отношение разницы потенциалов между землей и фазой при замыкании остальных фаз на землю к разнице между землей и фазой в сети.

Какие бывают системы заземления

Заземление – совокупность технических решений по соединению открытых металлических частей электрических устройств с землёй или специальным заземляющим контуром. На практике провод заземления выполняется в желто-зеленых тонах, один вывод которого имеет доступ к корпусу подключаемого оборудования.

Заземление бывает естественным, когда корпуса приборов соединяются непосредственно с трубами, стержнями и прочими расположенными в грунте металлическими предметами, и искусственное.

Первое при эксплуатации домашних и общественных электросетей запрещено нормативами ПУЭ.

Искусственное заземление осуществляется по специально выделенному сетевому проводу. Допускается не применять заземление при напряжении до 42 В переменного тока.

5 основных типов защитного заземления

В международной практике существует 5 основных типов защитного заземления электросетей:

1. TNC – Terre Neuter Combined (заземление с комбинированной нейтралью). Эта система все ещё встречается в старом жилфонде (отсутствует разделение идущего от генератора или трансформатора глухозаземлённой нейтрали PEN на заземляющий PE и рабочий ноль N). Используются двухжильные для однофазных и четырёхжильные для сетей с трёхфазным питанием.

В проектировании электросетей современных построек отказываются от применения TNC-системы, поскольку комбинированный ноль означает отсутствие полноценной защиты. При обрыве «нуля» на домашних устройствах может появиться электрический ток.

Правилами ПУЭ запрещают установку коммутационных устройств в разрывы РЕ- и PEN-проводников. Единственное преимущество TN-C – дешевизна и простота монтажа.

2. TN-S – Terre Neuter Separated (заземление с раздельной нейтралью). На всём протяжении от трансформатора пятижильный кабель идет с разделённой на рабочий «ноль» и «землю» нейтралью.

Остальные 3 провода – это фазы. Однофазная сеть проводится трёхжильным кабелем (фаза, нейтраль и «земля»). Очевидным недостатком являются высокие издержки и отсутствие унификации существующих электросетей.

Система TN-S — по надёжности самая передовая и безопасная конфигурация заземления , выполняющая функцию максимальной защиты электрооборудования и людей от поражения электричеством благодаря применению УЗО, дифавтоматов, автоматических выключателей и СУП.

Высокая степень безопасности в TN-S достигается полным размыканию цепи (нейтрали и фаз) при срабатывании, в то время как «земля» PE продолжает выполнять свои функции. Также она отличается отсутствием помех на линиях питания.

3. TN-C-S — Terra Neutrum Combined Separated (заземление с комбинированно-раздельной нейтралью) – провод заземления и рабочий ноль объединены до ввода в здание, где далее идет расщепление на проводники N и РЕ.

После разделения такая схема внутри дома фактически превращается в TN-S, монтируется по аналогичным принципам и обладает теми же достоинствами с той лишь разницей, что при обрыве PEN-проводника напряжение может оказаться на корпусах. По этой причине возникает необходимость дополнительной защиты PEN-проводника.

4. TT – Terra Terra (автономный контур заземления) — к данной конфигурации прибегают в случаях, когда применение систем TN-C, TN-S и TNCS не способно обеспечить надлежащую безопасность электросетей.

Такие ситуации возникают из-за аварийного состояния линии электропередач в удалённых населённых пунктах, во временных строениях и торговых металлических контейнерах.

Главный принцип этой системы заключается в отсутствии связи и в разделении защитного РЕ-проводника и рабочего ноля N, подключённого к заземлителю питающего трансформатора. Внутри строения создается шина для подключения корпусов электроприборов к внешнему заземлителю. Систему ТТ рекомендуется использовать с устройством УЗО.

Главное преимущество данного типа заземления заключается в полной независимости от аварии или обрыва защитного провода в линии питания, что гарантирует высокий уровень защиты. Главный минус же связан с высокими требованиями к автономному контуру заземления и характеристикам УЗО.

5. IT – Isolated Terra (изолированное заземление) — нейтраль от питающего трансформатора изолирована от земли или связана с ней через большое сопротивление.

Также предполагается обязательное наличие автономного контура заземления, с которым соединяются токопроводящие корпуса электроприборов. Величина тока утечки при однофазном замыкании на землю при таком соединении ничтожно и не представляет угрозы даже в аварийном режиме. Для повышения надежности также рекомендуется использование УЗО.

Данная схема системы заземления считается наиболее электробезопасной и применяется в лабораториях и медицинских учреждениях, в шахтах и горнодобывающих предприятиях, где используется чувствительная аппаратура. Реализация схемы IT в домашних электросетях и крупных предприятиях затруднительно, так как расширение сети увеличивают ток фазного замыкания и снижает безопасность.