Защитное заземление - расчет, схема и устройство системы, исключающей угрозу поражения

Организация надежной системы защитной электробезопасности – одно из основных условий, предотвращающих нанесение вреда пользователям электроустановок. Она обеспечит защиту не только человеку, но и приборам. Грамотно рассчитанное и смонтированное защитное заземление предотвратит негативное воздействие обширного спектра непредсказуемо возникающих циркулирующих токов, устранит их замыкание на корпусах. В результате будет исключена вероятность травмирующих поражений, а также выход из строя сложных технических устройств.

Содержание

Действие системы защитного заземления
Как производятся расчеты

Классификация заземляющих устройств
Метод расчета параметров

Схема и монтаж контура

Система заземления без глубинного заземлителя
Групповая система с искусственными заземлителями

Цель защитного заземления заключается в создании электрического соединения с землей нетоковедущих металлических элементов, находящихся под угрозой возникновения напряжения. Причиной нежелательного возникновения напряжения могут быть разряды молнии, замыкание на корпус, вынос потенциала, индукция, появляющаяся под влиянием расположенных рядом токоведущих устройств или их частей и ряд иных ситуаций. Соединение может производиться с грунтом или его эквивалентом, таким как морская или речная вода, залегающий в карьере каменный уголь, другие природные или искусственно созданные объекты с аналогичными свойствами.

Действие системы защитного заземления

Работа системы защитного заземления заключается в снижении параметров напряжений шага и прикосновения, в приведении их к безопасным значениям. В результате грамотного устройства заземляющей системы:

уменьшается потенциал заземленного электрического оборудования;
выравниваются параметры потенциала основания, на котором стоят пользователи, и потенциала заземленной технической установки.

Важно. При отсутствии заземления электроустановки прикасаться к ее корпусу так же опасно, как прикасаться к фазному проводу электросети.

Базирующийся на сокращении значений или на выравнивании потенциалов заземляемой электрической техники принцип действия защитного заземления способствует уменьшению напряжения корпуса относительно используемого для заземления объекта, в качестве которого зачастую используется грунт. Благодаря чему ток, проходящий через тело пользователя, и напряжение прикосновения (шага) достигнет абсолютно безопасных для человека и техники значений.

Функция заземления будет выполняться полноценно, если показатели тока замыкания на землю не станут увеличиваться за счет уменьшения сопротивления заземлителя. Данному условию полностью соответствуют сети с изолированной нейтралью – с устройством генератора или трансформатора, не присоединенным к заземляющей системе или соединенным с ней через большое сопротивление различных измеряющих, сигнализирующих, защищающих приборов.

Как производятся расчеты

Принципиально расчет защитного заземления состоит в точном определении основных параметров. Они требуются для создания схемы, формирующей максимально безопасные напряжения шага и прикосновения, которые появляются в момент замыкания фазы на корпус. На основании расчетных значений, входящих в допустимые пределы, вычисляется количество и размеры заземлителей, планируется порядок размещения одиночных элементов.

Классификация заземляющих устройств

По происхождению заземлители делятся на две категории, при производстве расчетов необходимо учитывать их специфические различия и особенности:

Естественные объекты, представленные сторонними проводящими частями, непосредственно контактирующими с землей. К категории естественных заземлителей также отнесены объекты, электрический контакт которых с землей производится через промежуточную токопроводящую среду.

Кроме грунта и воды к категории естественных заземлителей относят металлические трубы водопроводных и иных коммуникаций, проложенных траншейным способом. В качестве заземлителей естественного происхождения не могут быть применены трубопроводы с горючими и взрывоопасными веществами, магистрали, сооруженные с частичным использованием ПВХ труб и деталей. Призванное обеспечить безотказный функционал электрооборудования в аварийных и нормальных условиях рабочее и защитное заземление, устраняющее вероятность поражений, в основном устанавливают в землю.

Искусственные заземлители, представленные чаще всего вертикальными или горизонтальными электродами.

Метод расчета параметров

Для выполнения расчетов требуются следующие данные:

характеристики конкретного электрооборудования, такие как тип установки и ее основных устройств, рабочие напряжения, возможные способы для осуществления заземления нейтралей трансформирующих и генерирующих приборов;
размеры и конфигурация электродов, дающих возможность учесть предполагаемую глубину их погружения в грунт;
сведения об измерениях удельного сопротивления грунтового слоя на территории, обустраиваемой системой заземления, характеристики конкретной климатической зоны (получить их можно в местной метеослужбе);

Важно. При размещении системы защитного заземления в двух грунтовых слоях необходимы данные об удельном сопротивлении каждого из них, нужны будут точные данные о мощности верхнего слоя.

сведения о наличии пригодных естественных заземлителей, о том, какие объекты могут быть использованы для заземления, потребуются также реальные показатели сопротивления растеканию тока этих объектов, полученные посредством измерения;
точные показатели расчетного тока замыкания на землю, вычисленные стандартным способом;
расчетные характеристики допустимых нормами и правилами ПЭУ напряжений, период действия заземляющей защиты, что необходимо, если расчеты производились по значениям напряжения прикосновения и по значениям напряжения шага.

Преимущественно защитное заземление и зануление электроустановок рассчитывают для случаев установки элементов системы заземления в однородном грунте. Однако сейчас разработаны и применяются методы расчетов с расположением заземлителей в неоднородной по составу земле.

Расчет заземлителей, располагаемых в однородной среде, требует учета значений сопротивления сезонно промерзающего слоя в периоды промерзания и высыхания земли. Для получения точных значений используются специальные коэффициенты, применяемые в расчетах для систем заземления любой сложности.
Расчет заземлителей, устанавливаемых в двух или более слоях грунта, требует учета значений сопротивления всех слоев. Расчет базируется на учете всех потенциалов, наведенных на устанавливаемые электроды, входящие в сложную конструкцию из группы заземлителей.

Независимый от способа расчетов общий для всех схем параметр – требуемое сопротивление, определяемое в соответствии с нормативными регламентами ПЭУ.

Для электрооборудования с напряжением до 1 кВ расчет сопротивления заземляющего элемента, входящего в систему защитного заземления с изолированной нейтралью (типа IT), выполняют в соответствии с условием:

В данном неравенстве переменная R з является значением сопротивления заземляющего устройства (выражается в Ом), постоянная величина U пр.доп. – параметром напряжения соприкосновения (50 в), I з – суммарная величина замыкания на землю, выраженная в А.

По нормативным требованиям значение R з варьирует в пределах от 4 Ом до 10 Ом (к значению нижнего предела не предъявляют особых требований, верхний – предельно допустимый параметр) при условии, что мощность питающих сеть и подключенных параллельно трансформаторов и генераторов не выше 100 кВА.

Для организации защитного заземления установок с более высоким напряжением в расчетах применяют иные величины:

0,5 Ом в электросетях с эффективно заземленной нейтралью со свойственными им большими токами на землю;
не выше 10 Ом при 250в напряжения соприкосновения в системах с изолированной нейтралью (условие действительно при малых токах на заземляющий объект для оборудования с напряжением больше 1000 В).

Обратите внимание. Предпочтительны минимальные параметры сопротивления заземляющих контуров. Чем меньше его значение, тем эффективней будет движение тока через объекты с наименьшим сопротивлением.

Рассчитываемое для монтажа системы заземления сопротивление растеканию тока, вычисляемое для заземлителя, в процессе эксплуатации может увеличиться. Значение его необходимо постоянно контролировать.

Схема и монтаж контура

В многоквартирных домах для защиты жильцов от поражения устанавливаются автоматические выключатели, производящие зануление (обесточивание) электрической сети в случае пробоя изоляции или замыкания.

В автономном жилье и на дачах из-за отсутствия технической возможности установки отключающей автоматики требуется устройство защитного заземления, что можно осуществить, обратившись к электрикам, или сделать собственными руками.

Система заземления без глубинного заземлителя

Элементы контура, в состав которого не входит глубинный заземлитель, могут устанавливаться в ряд или располагаться в виде какой-либо геометрической фигуры. Форма контура зависит от особенностей участка. Данный способ применим при протяженности линий заземления до 3х метров.

Заглубляются вертикальные заземлители. Расстояние между устанавливаемыми вертикально в грунт заземлителями рассчитывают, исходя из длины данных частей заземляющей системы. Это нужно для минимизации экранирования, так как, чем ближе расположены элементы, тем больше экранирующий эффект.

Выполняется поэтапный замер реальных значений сопротивления единичных заземлителей. Они должны быть установлены в количестве, обеспечивающем формирование минимального сопротивления.

Обратите внимание. Зачастую для заземления равных по площади земельных участков используется разное количество заземляющих элементов, так как на величину сопротивления оказывает влияние удельное сопротивление грунта.

Выполняется соединение единичных заземлителей. Заземлители, имеющие антикоррозионное покрытие соединяются с использованием специальных соединителей. Устройства заземления из черного металла соединяются исключительно с помощью сварки, швы покрываются битумной мастикой.

Групповая система с искусственными заземлителями

Это несложная, доступная для самостоятельного выполнения схема защитного заземления с контуром в форме равнобедренного треугольника. Данную электрозащитную систему располагают в метре от нижней границы цоколя или стены.

В соответствии с выбранной конфигурацией выкапывается траншея глубиной 0,8 метров. Длина каждой из сторон треугольника 3 м.
В вершинах треугольника желательно выбурить скважины трехметровой глубины. Если решено было забивать вертикальные заземлители кувалдой, достаточно будет скважин по 1,5 м.

Обратите внимание. Забивать гораздо легче предметы с заостренными концами. Заострите болгаркой материал, который собираетесь забивать.

В качестве материала для вертикальных заземлителей подойдет металлическая труба с диаметром 50 мм, стальной пруток 10 мм, уголок со стороной 50 мм. Потребуется три отрезка длиной по три метра. Горизонтальный заземляющий элемент можно сделать из девяти метров стальной полосы толщиной 4мм, шириной 40 мм.

Затем смонтированный контур заземления соединяется посредством сварки с проводником. Его делают из круглого прутка или полосовой стали. Он соединяется с естественным заземлителем.

Смонтированный контур успешно выполнит назначение защитного сопротивления, если будет подключен к проложенному в земле стальному водопроводу, к металлическим обсадным трубам водозаборных скважин, к иным ж/б и металлическим конструкциям. После установки защитного заземления все траншеи и выработки необходимо заполнить однородным грунтом без включений щебня и строительного мусора.

Просмотр видео-ролика поможет наглядно представить принцип действия и способ устройства простейшего заземления для загородного дома:

Получив представление о том, что называется защитным заземлением, узнав о способах устройства электрозащитной системы можно без опасений приступать к самостоятельному монтажу. Не нужно забывать об измерении величины сопротивления после установки. Если нет соответствующих приборов и навыков, требуется вызвать электриков.