В соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), заземлять необходимо любой электроприбор с рабочим переменным напряжением 42 В или постоянным — 110 В и выше. Эти требования обязательны для всех организаций и физлиц, занятых предпринимательской деятельностью.
Основная задача заземления — защита людей и животных от поражения электрическим током как в нормальном режиме работы электрооборудования, так и в случае повреждения изоляции. Заземление обеспечивает защиту электрооборудования при сбоях в работе, разрядах молний, защищает аппаратуру от электромагнитных помех.
При выходе из строя любого электрооборудования существует риск появления напряжения в тех частях устройства, где его быть не должно: на корпусе, креплениях, других деталях. Заземление предполагает соединение частей оборудования, которые при нормальных условиях функционирования устройства не связаны с проведением тока, с землей.
Заземление производится при помощи заземлителя (устройство, обеспечивающее непосредственный контакт с землей) и заземляющего проводника.
Заземлитель представляет собой токопроводящий (преимущественно металлический) элемент (электрод) любого профиля и конструкции. Это может быть металлический штырь, труба, полоса, пластина и т.п. Конфигурация заземлителей (длина, расположение электродов) и их количество зависит от параметров оборудования и способности грунта забирать в себя электрический ток.
Заземлитель обеспечивает стекание в землю избыточного тока, появившегося в результате попадания фазы на корпус электроустановки.
Основные характеристики заземляющего устройства и грунта
Основной показатель заземляющего устройства — сопротивление. Именно этот параметр отвечает за способность заземления выполнять свои функции и определяет его качество.
Сопротивление заземления зависит от площади контактирующих с грунтом заземляющих электродов и удельного электрического сопротивления грунта.
При проектировании заземляющих устройств также следует учитывать напряжение на заземлителе, потенциалы точек земли в зоне растекания и их изменение в зависимости от расстояния до заземлителя.
Уровень способности грунта впитывать электрический ток определяет его удельное электрическое сопротивление — это измеряемая величина, которая зависит от состава и плотности грунта, влажности и температуры. Чем меньшее сопротивление имеет грунт, тем эффективнее он будет забирать ток от заземлителя. Солончаки или влажная глина — грунт с наиболее низким сопротивлением. Сухой песок имеет высокое сопротивление, поэтому песчаные почвы хуже пропускают ток.
Чем больше площадь контакта заземлителя с грунтом, тем больше площадь для перехода тока в землю. Увеличить площадь контакта можно, увеличив размер электродов или их количество (многоэлектродный заземлитель).
Классификация систем защитного заземления
Защитное заземление, выполняемое в целях электробезопасности и соблюдения требований ПУЭ, обеспечивает защиту людей и электрооборудования от воздействия опасных напряжений и токов, способных возникнуть при авариях и поломках оборудования, а также при разрядах молний.
Системы заземления принято разделять на искусственные и естественные. Роль естественного заземления выполняют части металлических конструкций объекта, имеющие непосредственный постоянный контакт с грунтом (защитные кожухи уложенных в земле кабелей, обсадные трубы скважины и т.д.). Искусственное заземление — это специально обустроенная самостоятельная конструкция, которая монтируется в землю для выполнения защитной функции.
Для обозначения защитных систем (для их маркировки) используются буквы латинского алфавита:
- T – заземление
- N – нейтраль
- I – изолированное
- C – общая
- S – раздельная
Общепринятая маркировка позволяет определить, какой способ защиты источника тока используется в рассматриваемой системе и какие схемы защитного заземления оборудования могут быть использованы потребителем.
В России наибольшее распространение получили следующие основные системы заземления:
- TN-C — система, в которой нулевой рабочий N и защитный PE проводники на всем протяжении трассы объединены в общую шину PEN
- TN-S — система заземления, в которой нулевой рабочий и защитный проводники прокладываются раздельно
- TN-C-S — на определенном участке трассы нулевой рабочий и защитный проводники объединены, а на всей остальной протяженности (начиная с какого-то места) прокладываются раздельно
Редко на российских предприятиях можно встретить следующие системы:
- TT — система заземления, в которой нулевой рабочий и защитный проводники заземляются раздельно
- IT — нейтраль изолируется от земли или заземляется через специальное оборудование. Такой вариант минимизирует вероятность искрообразования, поэтому актуален при электроснабжении объектов, где необходимо обеспечить максимальный уровень безопасности (например, при подключении электрооборудования на горнодобывающих шахтных предприятиях).
Устройство заземлителей
Чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды, поскольку их легче заглубить в землю. При малой глубине электродов зимой (при замерзании грунта) сильно увеличивается сопротивление заземления, т.е. ухудшается его основная характеристика.
В качестве электродов обычно используют стальные трубы, арматуру, стержни, уголки и другую прокатную продукцию, имеющую большую длину. При выборе заземляющего электрода необходимо учитывать коррозионную стойкость устройства и способность выдерживать токи большой величины.
Поперечное сечение стального уголка или прямоугольного профиля должно быть не менее 150 мм2 при минимальной толщине стенки 5 мм. Если в качестве заземляющего электрода используется круглый стержень, то его наименьший диаметр должен быть не менее 18 мм. Если используется стальная труба, то ее минимальный диаметр должен быть не менее 32 мм, а толщина стенки — не менее 3,5 мм.
Требования к заземлению электроустановок до 1 кВ
Правильно построенная система заземления способна нейтрализовать избыточный потенциал любой мощности, обеспечив надежную защиту от воздействия электрического тока.
Заземление электроустановок представляет собой надежное электрическое соединение между корпусами защищаемого оборудования и землей. Защитное заземление организуется с целью защиты людей, работающих с оборудованием, от случайного поражения электрическим током.
В соответствии с требованиями Правил устройства электроустановок (ПУЭ), корпуса электрооборудования и других технических устройств и приборов должны быть подключены к естественным или искусственным заземлителям. Использование готовых конструкций (защитные кожухи уложенных в земле кабелей, обсадные трубы скважины и т.д.) существенно упрощает и удешевляет решение вопроса заземления.
При выборе естественных заземлителей есть ряд ограничений — для этих целей нельзя использовать следующие объекты:
- газо- и нефтепроводы
- трубы с антикоррозийной изоляцией
- трубы канализации
- трубы централизованного отопления
- Сопротивление стеканию тока
Проходящий через заземлитель ток преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растекания. Основное требование к системам заземления — их способность создать надежную цепочку для стекания аварийных токовых зарядов в землю.
Согласно ПУЭ, сопротивление растекания для промышленного оборудования должно быть не более 4 Ом. Для достижения данных значений сопротивления принимают специальные меры, а именно:
- увеличивают площадь соприкосновения поверхности заземляющего устройства с землей
- улучшают качество контакта между элементами заземляющего устройства и соединительными шинами
- улучшают токопроводящие характеристики почвы путем увлажнения или повышения содержания соли
УЗО и система заземления
Самая распространенная проблема, возникающая при эксплуатации промышленного электрооборудования — нарушение целостности изоляции и замыкание фазы на металлический корпус. Если металлический корпус оборудования не заземлен, а устройство защитного отключения (УЗО) отсутствует, то при случайном прикосновении человек рискует получить серьезный удар.
Система заземления и УЗО дополняют друг друга и нивелируют возможные неполадки в одном из них.
При попадании фазы на корпус электрооборудования, а далее — на заземляющий проводник, аварийный ток благополучно стекает в землю. Одновременно с этим устройство защитного отключения моментально отключает линию и электроустановку, исключая возможность поражения электрическим током.
Защита станков и цехового электрооборудования
Никогда нельзя исключать риск случайного попадания фазы на корпус станков и цехового электрооборудования. Для заземления промышленного электрооборудования в цехах используют контур системы уравнивания потенциалов (СУП) — это элемент устройства заземления, представляющий из себя контур из проводящих элементов для подключения корпусов оборудования с целью достижения равенства потенциалов.
Система уравнивания потенциалов состоит из металлических проводников, которые соединяют между собой все металлические части электроустановки, чтобы уравнять их потенциалы и предотвратить возникновение опасных напряжений между ними. Сечение проводников должно быть не менее половины наибольшего сечения защитного проводника электроустановки, если сечение проводника уравнивания потенциалов при этом не превышает 25 мм2 по меди или равноценное ему из других материалов. Проводники должны быть проложены таким образом, чтобы обеспечить надежное соединение всех металлических частей электроустановки.
При заземлении типового станочного оборудования также важно определить место наложения на корпус оборудования стационарного заземления и выяснить, какие устройства используются для защиты опасных частей оборудования. Рассмотрением перечисленных вопросов должен заниматься штатный электрик, который владеет информацией о расположении элементов заземляющего устройства.
Правила заземления электродвигателя промышленного оборудования
Все электродвигатели также подлежат обязательному защитному заземлению. Дополнительное заземление не требуется только в том случае, если корпус электродвигателя установлен на металлической площадке, непосредственно связанной с грунтом.
Обратите внимание: Категорически запрещено последовательное подключение нескольких агрегатов в заземляющую цепочку, поскольку в данном случае при обрыве проводника в одном месте без заземления остаются все двигатели в цеху.
Для создания системы заземления в подводящем силовом кабеле должна быть предусмотрена дополнительная медная шина, один конец которой подключается к соответствующей клемме распределительной коробки электродвигателя, а второй — к корпусу заземленного силового шкафа.
Сечение проводников, используемых при монтаже системы заземления для электродвигателей должно соответствовать требованиям ПУЭ.
Заземление сварочного оборудования
Заземление обеспечивает безопасность работы со сварочным оборудованием и защищает от поражения электрическим током.
Согласно требованиям ПУЭ, заземлению подлежит не только корпус сварочного аппарата, но и один из выводов трансформаторной вторичной обмотки. Этот вывод имеет соответствующее обозначение и оснащается приспособлением для фиксации протянутой от защитного контура шины заземления. Подключение к заземлению должно быть индивидуальным, включение сварочного оборудования в заземляющую цепочку запрещено.
Величина переходного сопротивления для сварочного оборудования не должна превышать 10 Ом. Для повышения электропроводимости заземляющей конструкции необходимо увеличить контактную площадь поверхности соприкосновения с землей.
Защитное заземление передвижных установок
Заземление нестационарного электрооборудования, снабженного автономным питанием и имеющего изолированную нейтраль, имеет ряд нюансов. Поскольку выполнение требований по переходному сопротивлению в данном случае может быть затруднено, правилами устройства электроустановок допускается повышение показателя до предельного значения — 25 Ом.
Данный вид УЗ может применяется для установок с пониженным искрообразованием и для мобильных агрегатов, имеющих собственные заземлители.
Передвижные установки с автономным питанием требуют регулярного контроля на предмет наличия повреждений защитной оболочки, поскольку такое оборудование имеет изолированную нейтраль и повышенный риск образования трущихся сочленений.
Передвижные установки с питанием от стационарной электрической сети должно выполняться от источника с глухозаземленной нейтралью с применением систем TN-S или TN-C-S.
Заземление ТП и трансформаторов тока
Мероприятия по заземлению трансформатора позволяет организовать безопасные условия для функционирования оборудования и работы людей, связанных с обслуживанием системы кабелей.
В трансформаторных подстанциях (ТП)заземлению подлежат все металлические детали электрооборудования, номинально не пребывающие под напряжением (корпус трансформатора, фланцы изоляторов, рамы выключателей нагрузки и т.д.). Кроме того, заземление трансформатора предусматривает подключение к системе заземления всех опорных металлоконструкций, стальных каркасов и прочего.
В отличие от трансформаторов напряжения, где заземляется только сам трансформатор, заземление трансформаторов тока дополнительно предусматривает отдельное заземление их вторичных обмоток.
В качестве заземлителей обычно используют погружаемые в землю стальные стержни диаметром не менее 12 мм. Их длина должна составлять не менее 4 м (для стальных уголков или труб — от 2,5 метров).
Заземление и зануление — в чем разница?
Заземление и зануление являются методами защиты от поражения электрическим током. Однако они имеют некоторые различия:
Зануление используется для отключения электрической установки в случае короткого замыкания. Для этого электропроводящие детали оборудования, с которым может контактировать оператор, подключаются к нулевой жиле в электрощитке.
Зануление обеспечивает более быструю защиту от короткого замыкания, чем заземление, однако этот метод защиты может быть использован только в системах с глухозаземленной нейтралью. Зануление более эффективно в помещениях с повышенной влажностью, поскольку обеспечивает более быстрый отвод тока на землю.
Идея зануления состоит в превращении случайно попавшего на корпус сетевого напряжения (например, из-за повреждения изоляции) в однофазное короткое замыкание. Принцип монтажа зануления аналогичен заземляющей схеме, только в этом случае контакт на корпусе электроустановки, подсоединяемый к "земле", подключается к нулевой жиле.
При обустройстве защитного зануления необходимо соблюдать ряд правил. Во-первых, нужно правильно выполнить монтаж электросхемы. Во-вторых, важно грамотно подбирать провода. В противном случае контакт проводника может обгореть и привести к возгоранию изоляции.
Организация защитного заземления — нюансы
В зимний период грунт имеет свойство промерзать. Глубина промерзания зависит от многих факторов, таких как климатические условия, тип почвы, высота над уровнем моря и др. При замерзании почвы сопротивление заземлителя существенно увеличивается. Для компенсации этого явления заземлитель выполняется с увеличением количества электродов.
Для каждой электроустановки заземление должно подбираться индивидуально с учетом целого ряда факторов: минимальное сопротивление контура, глубина ввинчивания электродов-заземлителей, их количество, разновидности и т.д. Все эти меры позволяют не только защитить человека, но и сохранить дорогостоящее оборудование.
Чем меньшее электрическое сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее он будет забирать в себя ток от заземлителя. Очень низкое сопротивление обеспечивают грунтовые воды — заземление в таких случаях получается наиболее качественным и надежным.
Контроль состояния устройств защитного заземления
Если заземляющее устройство со временем потеряет необходимый контакт с землей, система будет находиться под напряжением и представлять опасность. Если имеется сильная коррозия и наблюдаются обрывы в заземлителе, это также может привести к трагедии. Чтобы заземляющее устройство работало штатно, требуется регулярно проводить его осмотр, проверку и испытания, измерения.
Согласно ПУЭ, периодичность проверки действующих систем заземления зависит от класса самой проверки. Так, визуальные осмотры заземляющих конструкций следует проводить не реже одного раз в 6 месяцев. Не реже раза в 12 лет проводят выборочное вскрытие почвы в вызывающих подозрения местах для оценки состояния заземляющих устройств.
При визуальном осмотре проверяются контакты с оборудованием, контактное соединение с землей, крепления проводников, наличие следов коррозии. Проводится оценка воздействия на проводники внешней среды, наличие или отсутствие нагрева.
По оценкам экспертов, за каждые 10 лет стальные конструкции могут потерять в грунте до 2,5 мм толщины, следовательно, если заземлитель изготовлен из обычной 5-миллиметровой полосовой стали, то коррозия будет составлять более 50%. В этом случае электрод потребует замены.
