Заземление WIKI

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 25 марта 2011; проверки требуют 37 правок.

Статья не является нормативным документом.

Предупреждение: статья носит чисто информативный характер и не является нормативным документом. При выполнении работ, связанных с электричеством, следует руководствоватьсяПравилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Данная статья описывает заземление электроустановок, необходимое для обеспечения электробезопасности — защиты человека от поражения электрическим током. В радиосвязи применяется иное заземление (противовес). О «земляном» проводе в электронике см. Земля (электроника)

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования, с заземляющим устройством.

Заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду) изаземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, режемедным) или сложным комплексом элементов специальной формы.

Качество заземления определяется значением сопротивления заземления / сопротивления растеканию тока (чем ниже, тем лучше), которое можно снизить, увеличивая площадь заземляющих электродов и уменьшая удельное электрическое сопротивление грунта: увеличивая количество заземляющих электродов и/или их глубину; повышая концентрацию солей в грунте, нагревая его и т. д.

Электрическое сопротивление заземляющего устройства различно для разных условий и определяется/нормируется требованиями ПУЭ и соответствующих стандартов.

Заземлитель (металлический стержень) с присоединённым заземляющим проводником

Некоторые типы систем заземления электрических сетей. TN-S пришла в 1930-х на замену TN-C после большого количества электротравм при обрыве нулевого провода[1], так как сечение нулевого провода обычно бралось 1/3 от толщины сечения фазных проводов

Содержание [убрать]

[править]

Терминология

Глухозаземлённая нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно. Глухозаземлённым может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трёхпроводных сетях переменного тока.
Изолированная нейтраль — нейтраль трансформатора или генератора, не присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

[править]

Устройство заземления

В России требования к заземлению и его устройство регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Обозначения

Проводники защитного заземления во всех электроустановках, а также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью, в том числе шины, должны иметь буквенное обозначение PE (Protective Earthing) и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) жёлтого и зелёного цветов. Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещённые нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зелёные полосы на концах. ^[1]

Первая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления источника питания:

T — заземлённая нейтраль;
I — изолированная нейтраль.

Вторая буква определяет состояние открытых проводящих частей относительно земли:

T — открытые проводящие части заземлены, независимо от характера связи источника питания с землёй;
N — открытые проводящие части присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания.

Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют характер этой связи — функциональный способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников:

S — функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками (split);
C — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN (common).

Обозначения системы заземления

Ошибки в устройстве заземления

[править]

Заземление

Заземление микроэлектронных (сигнальных) схем

[править]

Неправильные PE-проводники

Иногда в качестве заземлителя используют водопроводные трубы или трубы отопления, однако их нельзя использовать в качестве заземляющего проводника^[2]. В водопроводе могут быть непроводящие вставки (например, пластиковые трубы), электрический контакт между трубами может быть нарушен из-за коррозии, и, наконец, часть трубопровода может быть разобрана для ремонта. А также из-за опасности поражения электрическим током при соприкосновении с токопроводящими частями сантехники.

Популярным является поверье о том, что компьютерные и телефонные установки требуют заземления, отдельного от общего заземления всего здания.

Это совершенно неверно, ибо ЗУ имеет ненулевое сопротивление, и, в случае КЗ (и даже небольшой, не обнаруживаемой автоматикой утечки) фаза-PE на одном из устройств, по ЗУ начинает течь ток и его потенциал растет из-за сопротивления ЗУ. В случае наличия 2 и более независимых ЗУ это приведет к появлению разности потенциалов между PE различных электроустановок, что может создать риск поражения людей током, а также заблокировать (или даже разрушить) интерфейсные устройства (Ethernet и другие), которые соединяют 2 части системы, заземленные от независимых ЗУ.

Правильным решением является организация системы уравнивания потенциалов.

Все сказанное выше относится и к кустарным заземлениям вида "закопаем в огороде ведро и заземлим на него один прибор", которые иногда устраиваются в сельской местности.

"Нуль улицы через мою землю"

Организация (обычно в сельской местности) в системе TN-C-S кустарного дополнительного заземления PE провода в пределах своего дома/участка несет за собой риск того, что в случае разрушения провода PEN воздушной линии рабочий ток всех подключенных этой воздушной линией потребителей (всей улицы) пойдет именно через это кустарное ЗУ. Так как PE проводка не коммутируется никакой автоматикой, это создаст риск крайне пожароопасного перегрева провода, ведущего к данному ЗУ. Это будет происходить при запитке улицы двумя проводами одной фазой и нулём, а если потребители подключены с трёх фаз и нуля, потечёт небольшой ток небаланса из-за неравенства нагрузок по фазам.

Объединение рабочего нуля и PE-проводника

Другим часто встречающимся нарушением является объединение рабочего нуля и PE-проводника за точкой их разделения (если она есть) по ходу распределения энергии.^[3] Такое нарушение может привести к появлению довольно значительных токов по PE-проводнику (который не должен быть токонесущим в нормальном состоянии), а также к ложным срабатываниям устройства защитного отключения (если оно установлено).

Крайне опасным является следующий способ «создания» PE-проводника: прямо в розетке определяется рабочий нулевой проводник и ставится перемычка между ним и PE-контактом розетки. Таким образом, PE-проводник нагрузки, подключённой к этой розетке, оказывается соединённым с рабочим нулём.

Опасность данной схемы в том, что на заземляющем контакте розетки, а следовательно, и на корпусе подключённого прибора появится фазный потенциал, при выполнении любого из следующих условий:

Разрыв (рассоединение, перегорание и т. д.) нулевого проводника на участке между розеткой и щитом (а также далее, вплоть до точки заземления PEN-проводника);
Перестановка местами фазного и нулевого (фазный вместо нулевого и наоборот) проводников, идущих к этой розетке.

Защитное действие заземления основано на двух принципах:

Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО).

Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием устройств защитного отключения. В этом случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземлённых предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный участок сети будет отключён в течение очень короткого времени (десятые ÷ сотые доли секунды — время срабатывания УЗО).

Типичный случай неисправности электрооборудования — попадание фазного напряжения на металлический корпус прибора вследствие нарушения изоляции^[4]. (Следует отметить, что современные электроприборы, имеющие импульсный источник вторичного электропитания, и снабжённые трёхполюсной вилкой, — такие как системный блок ПЭВМ, — при отсутствии заземления имеют опасный потенциал на корпусе, даже когда они полностью исправны.^[5]) В зависимости от того, какие защитные мероприятия реализованы, возможны следующие варианты:

Корпус не заземлён, УЗО отсутствует (наиболее опасный вариант). Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это никак не будет обнаружено. Прикосновение к такому неисправному прибору может быть смертельно опасным.
Корпус заземлён, УЗО отсутствует. Если ток утечки по цепи фаза-корпус-заземлительдостаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то предохранитель сработает и отключит цепь. Наибольшее действующее напряжение (относительно земли) на заземлённом корпусе составит U_max=R_G·I_F, где R_G − сопротивление заземлителя, I_F − ток, при котором срабатывает предохранитель, защищающий эту цепь. Данный вариант недостаточно безопасен, так как при высоком сопротивлении заземлителя и больших номиналах предохранителей потенциал на заземлённом проводнике может достигать довольно значительных величин. Например, при сопротивлении заземлителя 4 Ом и предохранителе номиналом 25 А потенциал может достигать 100 вольт.
Корпус не заземлён, УЗО установлено. Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это не будет обнаружено до тех пор, пока не возникнет путь для прохождения тока утечки. В худшем случае утечка произойдёт через тело человека, коснувшегося одновременно неисправного прибора и предмета, имеющего естественное заземление. УЗО отключает участок сети с неисправностью, как только возникла утечка. Человек получит лишь кратковременный удар током (0,01—0,3 с — время срабатывания УЗО), как правило, не причиняющий вреда здоровью.
Корпус заземлён, УЗО установлено. Это наиболее безопасный вариант, поскольку два защитных мероприятия взаимно дополняют друг друга. При попадании фазного напряжения на заземлённый проводник ток течёт с фазного проводника через нарушение изоляции в заземляющий проводник и далее в землю. УЗО немедленно обнаруживает эту утечку, даже если та весьма незначительна (обычно порог чувствительности УЗО составляет 10 мА или 30 мА), и быстро (0,01—0,3 с) отключает участок сети с неисправностью. Помимо этого, если ток утечки достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то может также сработать и предохранитель. Какое именно защитное устройство (УЗО или предохранитель) отключит цепь — зависит от их быстродействия и тока утечки. Возможно также срабатывание обоих устройств.

"Чистая земля"

Неправильное разделение PEN-проводника

Защитная функция заземления

Принцип защитного действия

Работа заземления при неисправностях электрооборудования

[править]

Изолирующая пластиковая вставка (R4) препятствует протеканию электротока

Ложное срабатывание УЗО (F4) при объединении нулей за точкой разделения

Почему крайне опасно создавать PE-проводник прямо в розетке

Пример неправильного монтажа: соединение рабочего нуля и PE-проводника (на правой верхней клеммной колодке)

Описаные варианты

Заземление на «корпус»

[править]

Система уравнивания потенциалов

Так как ЗУ имеет сопротивление, и в случае протекания через него тока оказывается под напряжением, его одного недостаточно для защиты людей от поражения током.

Правильная защита создается путем организации системы уравнивания потенциалов (СУП), т.е. электрического соединения и PE проводки, и всех доступных для прикосновения металлических частей здания (в первую очередь водопроводы и отопительные трубопроводы).

В этом случае, даже если ЗУ окажется под напряжением, под ним же оказывается все металлическое и доступное для прикосновения, что снижает риск поражения током.

В кирпичных домах советского периода, как правило, СУП не организовывалась, в панельных же (1970ые и позже) - организовывалась путем соединения в подвале дома и рамы электрощитков (PEN) и водопроводов.

[править]

Разновидности систем заземления

Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» регламентирует следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.

Система TN-C

Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combiné) предложена немецким концерном AEG в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник(англ. Protection Earth) в этой системе совмещены в один провод. Самым большим недостатком была возможность появления фазного напряжения на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля. Несмотря на это, данная система все ещё встречается в постройках стран бывшего СССР.

Система TN-S

На замену условно опасной системы TN-C в 1930-х годах была разработана система TN-S (фр. Terre-Neutre-Séparé), рабочий и защитный ноль в которой разделялись прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой довольно сложную конструкциюметаллической арматуры. Таким образом, при обрыве рабочего нуля в середине линии, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Позже такая система заземления позволила разработать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные почувствовать незначительный ток. Их работа и по сей день основывается на законах Кирхгофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току.

Также можно наблюдать систему TN-C-S, где разделение нулей происходит в середине линии, однако, в случае обрыва нулевого провода до точки разделения, корпуса окажутся под линейным напряжением, что будет представлять угрозу для жизни при касании.

В системе TN-C-S трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с точкой заземления трансформаторной подстанции. Для обеспечения этой связи на участке трансформаторная подстанция — электроустановки здания применяется совмещённый нулевой защитный и рабочий проводник (PEN), в основной части электрической цепи — отдельный нулевой защитный проводник (PE).

Достоинства: более простое устройство молниезащиты (невозможно появление пика напряжения между PE и N), возможность защиты от КЗ фазы на корпус прибора с помощью обыкновенных "автоматов".

Недостатки: крайне слабая защищенность от "отгорания нуля", т.е. разрушения PEN по пути от КТП к точке разделения. В этом случае на шине PE со стороны потребителя появляется фазное напряжение, которое не может быть отключено никакой автоматикой (PE не подлежит отключению). Если внутри здания защитой от этого служит СУП (под напряжением оказывается все металлическое, и нет риска поражения током при прикосновении к 2 разным предметам), то на открытом воздухе никакой защиты от этого не существует вовсе.

В соответствии с ПУЭ является основной и рекомендуемой системой, но при этом ПУЭ требуют соблюдения ряда мер по недопущению разрушения PEN - механической защиты PEN, а также повторных заземлений PEN воздушной линии по столбам через какое-то расстояние (не более 200 метров для районов с числом грозовых часов в году до 40, 100 метров для районов с числом грозовых часов в году более 40).

В случае, когда эти меры соблюсти невозможно, ПУЭ рекомендуют TT. Также ТТ рекомендуется для всех установок под открытым небом (сараи, веранды и т.д.)

В городских зданиях шиной PEN обычно является толстая металлическая рама, вертикально идущая через все здание. Ее практически невозможно разрушить, потому в городских зданиях применяется TN-C-S.

В сельской же местности в России на практике существует огромное количество воздушных линий без механической защиты PEN и повторных заземлений. Потому в сельской местности более популярна система TT.

В позднесоветской городской застройке как правило применялась TN-C-S с точкой деления на основе электрощита (PEN) рядом со счетчиком, при этом PE проводилась только для электроплиты.

В современной российской застройке применяется и "пятипроводка" с точкой деления в подвале, в стояках проходят уже независимые N и PE.

Система TT

В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

Достоинства: высокая устойчивость к разрушению N по пути от ТП к потребителю. Это разрушение никак не влияет на PE.

Недостатки: требования более сложной молниезащиты (возможность появления пика между N и PE), а также невозможность для обычного "автомата" отследить КЗ фазы на корпус прибора (и далее на PE). Это происходит из-за довольно заметного (30-40 Ом) сопротивления местного заземления.

В силу вышеперечисленного ПУЭ рекомендуют ТТ только как "дополнительную" систему (при условии, что подводящая линия не удовлетворяет требования TN-C-S по повторному заземлению и механической защите PEN), а также в установках на открытом воздухе, где есть риск одновременного соприкосновения с установкой и с физической землей (или же физически заземленными металлическими элементами).

Тем не менее, ввиду низкого качества большинства воздушных линий в сельской местности России, система TT там крайне популярна.

ТТ требует обязательного применения УЗО. Обычно устанавливают вводное УЗО уставкой 300-100 mA, которое отслеживает КЗ между фазой и PE, а за ним - персональные УЗО для конкретных цепей на 30-10 mA для защиты людей от поражения током.

Молниезащитные устройства, такие, как ABB OVR, различаются по конструкции для систем TN-C-S и TT, в последних установлен газовый разрядник между N и PE и варисторы между N и фазами.

Система IT

В системе IT нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Ток утечки на корпус или на землю в такой системе будет низким и не повлияет на условия работы присоединённого оборудования.

Система IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения, к которым предъявляются повышенные требования надёжности и безопасности, например в больницах для аварийного электроснабжения и освещения.

Система TN-C-S

[править]

Разделение нулей в TN-S и TN-C-S

[править]

См. также

[править]

Примечания

↑ П. 1.1.29 ПУЭ.
↑ Пп. 1.7.122 и 1.7.123 ПУЭ.
↑ П. 1.7.135 ПУЭ.
↑ При других типах неисправностей заземление менее эффективно, поэтому они здесь не рассматриваются
↑ В схеме импульсного источника вторичного электропитания присутствуют входные проходные или обычные конденсаторы, включённые как между питающими проводниками, так и (в случае наличия металлического корпуса и трёхполюсной вилки) между каждым питающим проводником и корпусом прибора, в этом случае они представляют делитель напряжения, сообщающий корпусу потенциал, примерно равный половине напряжения питания. Этот потенциал обычно присутствует, даже когда прибор выключен имеющимися у него средствами. В наличии потенциала на корпусе можно убедиться с помощью неонового пробника.

[править]

Литература

Эндель Ристхейн. Введение в энерготехнику. Таллин.: Elektriajam, 2008. глава № 4.
Правила устройства электроустановок (глава 1.7).

[править]

Ссылки

Режимы заземления нейтрали в сетях 0,4 кв. Плюсы и минусы различных вариантов.

Заземление на Викискладе^?

Категории: ЭлектротехникаЭлектроникаМолниезащитаЭлектроэнергетикаЭлектробезопасность

Page updated

Google Sites

Report abuse