Застосування заземлення. Захисне заземлення: принцип роботи та схеми. Розуміння пристрою заземлюючої установки
Для того, щоб забезпечити надійний захистпід час роботи під напругою, проводиться заземлення електроустановок. Захисне заземленняце навмисне електричне з'єднання корпусу установки із заземлюючим пристроєм. За принципом дії все заземлення поділяється на два типи. Воно може виконуватися у вигляді захисного заземлення та занулення, у яких функція абсолютно однакова, яка полягає у захисті людей від впливу електричного струму, у разі дотику до корпусу або інших частин при порушеній ізоляції.
Суть захисного заземлення
При влаштуванні захисного затискання здійснюється навмисне з'єднання частин електроустановок і заземлювального пристрою. Таким чином, забезпечується електробезпека при випадковому дотику до тих чи інших частин, що опинилися під напругою. Дана ситуація, як правило, виникає при проби ізоляції, коли виникає напруга між корпусом і фазою. За наявності заземлення, струм не становитиме небезпеки, оскільки як провідник виступатиме захисне заземлення, у якого дуже низький опір.
Основними складовими частинамизаземлення служить безпосередньо заземлювач та заземлюючі провідники. Заземлювачі можуть бути природними та штучними. У першому випадку це металеві конструкції, що мають надійне з'єднання із землею. Заземлювачі штучного походженняявляють собою сталеві стрижні, труби або куточки, довжина яких повинна бути не менше 2,5 м. Вони забиваються в землю і з'єднуються між собою за допомогою дроту або сталевих смуг. Щоб заземлення було ефективнішим, необхідно знизити його опір шляхом збільшення числа штучних заземлювачів.
Влаштування захисного занулення
Суть захисного полягає у навмисному електричному з'єднанні певних частин електроустановок, що мають з нульовим дротом.
Як правило, такі електроустановки не перебувають під нормальною напругою. У цих випадках будь-яка фаза, що замикається на корпус, призводить до її короткого замикання з нульовим проводом. Виникає струм з дуже великим значенням, тому обладнання має бути швидко та повністю відключено. Саме в цьому полягає основна функція занулення. Вся конструкція захисного занулення складається з нульового робочого та нульового. захисного провідника.
Електрика - кращий другі найлютіший ворог людини. Безперечно, зараз уявити без нього життя практично неможливо. На жаль, не обійшлося і без поганих моментів, таких як ураження електричним струмом. Вас може вдарити струмом, якщо ви торкнетеся не тільки оголеної струмоведучої частини, але й нешкідливого на вигляд корпусу електроприладу. У цій статті ми постараємося пояснити простою мовоющо таке заземлення і для чого воно призначене. Крім того, ми розглянемо, що таке дифавтомат і ПЗВ і для чого їх використовують.
Визначення поняття
Якщо сказати коротко і простими словами, то:
Заземлення – це пристрій, який захищає людину від ураження електричним струмом, якщо все електроустаткування з'єднане із землею. У аварійної ситуації небезпечна напруга"стікає" на землю.
Захист – основне призначення заземлення. Воно полягає в підключенні додаткового, третього провідника, що заземлює, в проводку, який з'єднаний з таким пристроєм, як заземлювач. Він, у свою чергу, має добрий контакт із землею.
Заземлення буває робочим та захисним за призначенням. Робоче потрібно для нормального функціонуванняелектроустановки, захисне потрібно для забезпечення електробезпеки (запобігання ураженню електричним струмом).
Зазвичай заземлення (заземлювач) виглядає як три електричні прути вбиті в землю, на однаковій відстані один від одного, розташовані в кутах рівностороннього трикутника. Ці прути з'єднані між собою металевою смугою. Ви могли бачити такі прути біля будинків та споруд.
Також ви могли помітити, що на стінах багатьох будівель усередині або зовні закріплені металеві смуги, іноді пофарбовані жовтими і зеленими смугами, що чергуються - це , вона теж з'єднана із заземлювачем. Заземлююча шина потрібна для того, щоб не тягнути від кожної електроустановки провід заземлення.
Третій провідник зазвичай з'єднується з корпусом електричних приладів, Забезпечуючи захист від появи на ньому небезпечної напруги. У кабелях він зазвичай має менший переріз, ніж сусідні «робітники» жили та інший колір ізоляції – жовто-зелений.
Вимоги до заземлення
Вимоги до захисного заземлюючого контуру полягають у наступному:
- Заземлені повинні бути всі електроустановки, у тому числі металеві дверцята електрошаф та щитів.
- Опір заземлювального пристрою не повинен перевищувати 4 Ом в електроустановках із заземлюючою нейтраллю.
- Необхідно використовувати.
Ми розібралися що таке заземлення, тепер поговоримо про те, для чого воно потрібно.
Чому людину б'є струмом
Розглянемо дві типові ситуації, коли вас б'є струмом:
- Пральна машинка справно виконувала свою роботу, а коли ви захотіли її відключити – відчули, що її корпус щипає вас. Або ще гірше, коли ви до неї торкнулися – вас серйозно «смикнуло».
- Ви вирішили прийняти ванну, включили воду, взявшись за кран, ви відчули таку ж дію електрики – пощипування чи сильний удар.
І та й інша ситуація вирішується підключенням заземлення до корпусів приладів та всіх металевих частин у ванній кімнаті та встановленням ПЗВ чи диференціального автомата на введенні електроенергії в будинок чи групу споживачів.
Як працює заземлення
Для початку розберемося, чому на корпусі пральної машинкиабо іншого електроустаткування виникла небезпечна напруга. Все досить просто - ізоляція провідників з якоїсь причини зіпсувалася або пошкодилася і пошкоджена ділянка стосується металевого корпусу якоїсь деталі обладнання.
Якщо заземлення або занулення електроустаткування відсутнє, то при торканні людиною пошкодженого приладу може виникнути різниця потенціалів на поверхні між точками торкання. При знаходженні поруч із пошкодженим обладнанням може виникнути (різниця потенціалів між ступнями, що стикаються із землею). Напруга дотику та крокова напруга можуть мати небезпечне для людини значення. Щоб зменшити їхнє значення до безпечної величини, застосовується захисне заземлення.
Для людини небезпечні навіть такі маленькі значення, як 50 мА – такий струм може призвести до фібриляції шлуночків серця та смерті.
Так ось принцип роботи заземлення полягає в наступному: до заземлювача підключаються корпуси всіх електроприладів, додатково встановлюється ПЗВ. У разі виникнення небезпечної напруги на корпусі заземлення завжди притягує небезпечний потенціал до безпечного потенціалу землі та напруга стікає на заземлення.
Для чого застосовуються ПЗВ та дифавтомати
Просте заземлення пристроїв – це добре, але краще забезпечити додатковий захист. Для цього вигадали (ПЗВ) і .
Дифавтомат – це пристрій, який у своєму корпусі поєднує ПЗВ та звичайний автоматичний вимикачтак ви заощадите місце в електрощиті.
ПЗВ – реагує тільки на . Принцип його роботи такий: воно порівнює кількість струму через фазний і через нульовий провід, якщо частина струму витекла на землю, воно моментально реагує, відключаючи ланцюг. Їх відрізняють за чутливістю від 10 до 500 мА. Чим чутливіше ПЗВ, тим частіше воно спрацьовуватиме, навіть при незначних витоках, але не варто встановлювати занадто грубе ПЗВ для дому.
Принцип роботи захищеного ланцюга простою мовою:
Коли на корпус заземленого електроустаткування потрапляє фаза, між фазним проводом та корпусом починає протікати струм. Тоді ПЗВ зауважує, що по фазному проводу пройшов струм, частина струму кудись робити і по нульовому проводу повернувся менший струм, після чого цей ланцюг знеструмлюється. Так ви захищені від удару струмом.
Якщо встановити ПЗВ у двопровідному електроланцюзі без заземлювального провідника і десь з'явиться можливість витоку струму, воно спрацює тільки після того, як ви торкнетеся цього місця і струм втече на землю через вас. У такому разі ви теж будете у безпеці.
Це і все, що ми хотіли розповісти, що стосується даного питання. Тепер ви знаєте, що таке заземлення, коли і як воно встановлюється і навіщо служить. Сподіваємося, інформація була викладена для вас зрозуміло та доступно!
Наявність заземлюючого контакту у сучасних електророзетках стала звичною справою. Йому відповідає контакт на вилці будь-якого електроприладу. Спробуємо розібратися, навіщо потрібне заземлення.
Що таке заземлення
Заземленням називають підключення струмопровідних елементів, що в нормі не перебувають під напругою, до заземлювача - заглибленої в ґрунт металевої конструкції з низьким електричним опором. Як згадані струмопровідні елементи можуть виступати металевий корпус електроустановки, робочі органи машин або побутових приладіві т.д.
Також заземлюють оплетки, що екранують електричних кабелів.
Для чого потрібне заземлення
Залежно від призначення розрізняють кілька видів заземлення:- функціональне;
- для блискавкозахисту.
Захисне забезпечує безпечну експлуатаціюелектроустановок.
Функціональне використовується для роботи приладу або схеми - відіграє ту ж роль, що й нульовий провідник електромережі.
У системах блискавкозахисту заземлювач підключається до блискавкоприймача.
Принцип роботи
Контур заземлення функціонує з допомогою здатності грунту поглинати електричний заряд. Якщо корпус обладнання внаслідок пробою ізоляції опинився під напругою, заряд стікатиме в землю. Коли користувач торкнеться корпусу, струм все одно рухатиметься шляхом найменшого опору, тобто через заземлення, а не через тіло людини. Якби не було заземлення, у подібній ситуації користувач отримав би електротравму.
Умовою нормального функціонування заземлення є низький опір заземлювача. Ця величина залежить від параметрів ґрунту:
- густина;
- вологість;
- солоність;
- площа контакту із заземлювачем.
Здатність ґрунту вбирати заряд сильно падає при замерзанні. Тому штирі заземлювача вбивають на глибину нижче за відмітку промерзання, яка залежить від широти місцевості. Дані про глибину промерзання ґрунту для різних регіонів Російської Федераціїнаведено у СНіП «Будівельна кліматологія».
Наочна демонстрація заземлення
На кам'янистих, піщаних і вічномерзлих ґрунтах, в які складно заглибитись, застосовують електролітичні заземлювачі з Г-подібної перфорованої труби.
- Усередині міститься реагент, що формує солоне середовище. Остання характеризується високою провідністю та низькою температурою замерзання. Довгу частину заземлювача закопують у неглибоку траншею, коротку виводять на поверхню. Її використовують трояко:
- для засипання нового реагенту; для заливання води (провокуєхімічну реакцію
у посушливий період). Іншийсучасний варіант
заземлювача - . Складається з багатьох секцій, що з'єднуються різьбовим чи іншим способом. У міру забивання в ґрунт нагвинчуються нові секції. Отже такий заземлювач, на відміну класичного з кількох штирів, можна встановити будь-яку глибину. З'єднують секції за особливими правилами та із застосуванням струмопровідної пасти. При забиванні використовують особливу насадку, що захищає різьблення від пошкоджень. Модулі виконані зі сталі та покриті міддю або цинком, через що їх опір падає, а термін служби збільшується.
- Електролітичний та модульний заземлювачі коштують дорого, тому їх традиційні аналоги залишаються затребуваними. Штирі в такій конструкції розташовують по-різному:
- у вершинах рівностороннього трикутника поруч із об'єктом;
- по кутах об'єкта;
за периметром об'єкта.
Опір заземлювача періодично перевіряють. Максимально допустима величина – 30 Ом.
Сукупний захист заземлювальних пристроїв та запобіжників
Заземлення не тільки відводить небезпечний струм, але за наявності апарату захисту викликає вимкнення аварійного обладнання. При контакті фазного провідника із заземленим корпусом мережа працює в режимі, близькому до короткого замикання (КЗ), що супроводжується різким збільшенням сили струму в ланцюзі. На це реагує автоматичний вимикач (ВА), який обов'язково встановлюється на введенні електричної лінії на об'єкт.
Щоправда, подібне можливе лише за дуже низького опору заземлювача, що буває вкрай рідко. Найчастіше ймовірність відключення ВА досить низька. Наприклад, при опорі заземлювача в 10 Ом струм у ланцюзі складе I = 220 / 10 = 22 А. Автомати, згідно з вимогами ГОСТ, витримують протягом години струм, що в 1,42 рази перевищує номінальне значення. Тобто автомат на 16 А при силі струму в 22 А не відключиться протягом майже 60 хв (16 * 1,42 = 22,72 А).
Схема заземлення
Більш надійний автомат захисту - або .Цей прилад порівнює струми у фазному та нульовому провідниках та при виявленні різниці, що свідчить про витік, роз'єднує ланцюг. За чутливістю, тобто мінімальною величиною витоку струму, що викликає спрацьовування, ПЗВ діляться на кілька категорій:
- Захищають від ураження електрострумом: 10 мА – встановлюються у приміщеннях з високою вологістюта 30 мА – у сухих.
- Протипожежні – на 100, 300 та 500 мА.
Протипожежні ПЗВ застосовують на об'єктах, де коротке замикання може спричинити пожежу. Ними захищають ділянки мережі, де ураження струмом практично виключено, наприклад, ланцюги освітлення.
Не взаємозамінні. ВА захищає від коротких замикань та перевантажень, ПЗВ - від ураження електрострумом. В ідеалі введення та кожна група споживачів мають бути захищені і ВА, і ПЗВ.
Заземлене неелектричне обладнання
До заземлювача підключаються і конструкції, ніяк з електрикою не пов'язані:
- Огородження та інші конструкції на естакадах та галереях, в яких при розряді блискавки на близькій відстані наводиться небезпечна різниця потенціалів. Те саме може статися з трубопроводом або ємністю, що містять паливо. Через наведену напругу можливе іскріння з наступним вибухом, тому такі конструкції також заземлюють.
- Вироби, у яких у процесі експлуатації накопичується статичний заряд. В основному це трубопроводи і ємності: статична електрика утворюється через тертя частинок середовища, що транспортується. З цієї причини обмежують швидкість подачі палива до авіалайнерів.
- Трубопроводи значної протяжності. Відповідно до закону електромагнітної індукції, у таких трубопроводах при зміні магнітного поляЗемлі, а воно завжди нестабільне під дією сонячного вітру, утворюються так звані блукають струми. Тому їх підключають із певним кроком до заземлювачів.
Відмінність від занулення
Зануленням називають підключення струмопровідних частин електроустановки до глухозаземленої нейтралі джерела струму (до нульової жили). Її опір набагато менший за опір заземлювача. Тому при замиканні фази на занулений корпус пристрою гарантовано з'являється струм КЗ, що призводить до спрацьовування автоматичного вимикача.
У найбільш поширеній системі заземлення типу TN одночасно здійснюється і заземлення, і занулення.
Підключення до нульової жили здійснюється вище ПЗВ. Інакше струми у фазному та нульовому провідниках після замикання фази на корпус залишаться рівними та апарат захисту не спрацює.
Про системи заземлення
Застосовують кілька систем заземлення, що позначаються комбінацією літер. Літери мають таке значення:
- I: ізольований провідник;
- N: є підключення до глухозаземленої нейтралі;
- Т: є підключення до заземлюючого дроту.
Основних видів систем заземлення три:
- Тип IT- Система із ізольованим нейтральним проводом. У цій системі ізольований від нейтралі або контактує з нею через резистор із високим номіналом або повітряний проміжок. У житлових будинкахне застосовується. Призначена для підключення приладів, що пред'являють особливі вимогидо безпеки та стабільності. В основному використовується в лабораторіях та лікувальних закладах.
- Тип TT- Система із незалежними заземлювачами. Оптимальний варіант . Передбачає використання двох заземлювачів – для джерела електроструму та металевих елементів системи, які не мають захисту. Провід заземлення (РЕ) у цій системі є незалежним, а його працездатність на ділянці між обладнанням та трансформатором покращена. Можливі складності при доборі діаметра для власного заземлювача. Цей недолік компенсується шляхом влаштування системи захисного відключення.
- Тип TN.Провід заземлення в такій системі поєднаний з нейтраллю, тому при проби фази на корпус відбувається КЗ і автомат роз'єднує ланцюг. Цим забезпечується високий рівень безпеки.
Різні системи заземлення
Системи TN набули найбільшого поширення. Є три їх підвиди:
- TN-S:варіант з нульовим та розділеним робочим провідником. З метою підвищення безпеки замість одного нульового дроту застосовується два: один використовується як захисний, другий - як нейтральний із підключенням до глухозаземленої нейтралі. Така система забезпечує найкращий захиствід ураження струмом.
- TN та TN-C-S:варіант з PEN-проводом та парою нулів. До обладнання підключається нульовий провід, розщеплений на жили PE та N.
- У TN-C-Sпісля поділу встановлюється другий заземлювач, чим забезпечується безперервна роботасистеми.
Переваги системи TN:
- пристрій досить простий;
- здійснюється захист від розрядів блискавки;
- Для захисту проводки достатньо встановити автомати від замикання.
Недоліки:
- існує можливість перегорання нуля зовні з наступним пробоєм металевих корпусів обладнання;
- потрібне обладнання для вирівнювання потенціалів.
Система TN мало підходить сільських населених пунктів.
Від правильності організації заземлення часом залежить життя людей. Під організацією мається на увазі як пристрій, а й своєчасний контроль опору заземлювача. Через окислення або зміни параметрів ґрунту воно може виявитися завищеним, внаслідок чого захисний ефектзаземлення буде втрачено.
За допомогою створення електричного з'єднання металевих конструкційпромислового та побутового обладнання із землею підвищують безпеку в процесі його експлуатації. Такий метод використовується для запобігання ураженням людини електричним струмом при виникненні аварійних ситуацій.
Нижче наведено основні принципи функціонування захисної системи. Навіть при використанні якісних автоматичних пристроївшвидкість їх відключення буде недостатньою, щоб повністю виключити можливість ураження людини електричним струмом. За наявності заземлення буде утворено ланцюг із меншим опором. Це знизить шкідливі на організм людини до безпечного рівня.
Захисне заземлення необхідний елементбезпеки, що запобігає ураженню електрострумом
Принцип роботи
Зазвичай його встановлюють для захисту у разі короткого замикання. Якщо фазний провідник від'єднається і торкнеться металевого шасі установки, то корпус опиниться під напругою.
Правильно створене захисне заземлення утворює електричний ланцюг, що має низький опір. Саме цей шлях є найбільш сприятливим для електричного струму, тому випадковий дотик людини до корпусу не буде небезпечним (мал. вище).
Слід зазначити, що такий пристрій одночасно виконуватиме кілька важливих функцій:
- Воно забезпечить захист і у тому випадку, коли потенційно небезпечна напруга на корпусі утворена не коротким замиканням, а індукційними струмами. Такі ситуації можливі в установках з високою напругоюі там, де допустимо вплив випромінювання НВЧ.
- При використанні глухозаземленої нейтралі та деяких інших схем підключення до ланцюга живлення при короткому замиканнівиникнуть тривалі та великі за амплітудою імпульси, достатні для спрацьовування автоматів, що відключають напругу.
- Якщо заземлене обладнання зазнає удару блискавки, такий провідник забезпечить певний захист від пошкоджень.
За цією формулою розраховують опір провідника захисного ланцюга між основною шиною та розподільчим щитком: 50 х СЦФН/ПН. СЦФН – опір у ланцюзі нуль-фаза; ПН – напруга номінальна у вольтах.
Щоб не помилятися з термінологією, треба розуміти дійсне значення наступних назв:
- Робочим називають заземлення, яке виконує функції другого провідника. Його використовують для електричного живлення установок, вирішення інших завдань.
- Згаданий вище захист від блискавки не є цільовим призначенням. Для забезпечення безпеки під час гроз застосовують спеціально призначені для цього пристрою. Вони розраховуються на відносно великі величини струмів та напруг.
Схеми підключення
Щоб обрати оптимальний варіантНеобхідно знати, яких цілей застосовується захисне заземлення у разі. Нижче розглянуті різні системи, їх особливості, переваги та недоліки
Тип TN, з глухозаземленою нейтраллю. За цією схемою підключається промислове та побутове обладнання, що працює в мережах з напругою до 1000 V і вище. Нейтраль генератора (трансформатора) джерела живлення підключається до заземлювача. Пристрої споживачів, а точніше корпуси, екрани, шасі, приєднують до спільного провідника.
Якщо електрична схемастворена відповідно до міжнародними стандартами, то за написами можна зрозуміти таке. Латинською літерою "N" позначають "нульовий" провідник, який використовується для роботи обладнання. Його так і називають функціональним. "PE" - провідник, який використовується для створення захисного ланцюга. Літерами «PEN» позначають провідник, призначений для вирішення функціональних та захисних завдань.
Найчастіше використовують такі схеми. Їхні назви відрізняються буквою, яку через дефіс додають до «TN».
Схеми підключення
| Система | Принцип роботи | Переваги, недоліки, особливості |
|---|---|---|
| C | У системі «С» провідник виконує робочі та захисні функції одночасно. Як приклад можна згадати типове трифазне електроживлення з глухозаземленою нейтраллю, що є нульовим дротом. | Ця схема відносно проста та економічна. Корпуси пристроїв споживачів підключають безпосередньо до нейтралі. Недоліком є втрата захисних властивостей, якщо електричний ланцюгрозірвано. Таке пошкодження не можна виключити при аварійному підвищенні струму, нагріванні та руйнуванні провідника. У такій ситуації на корпусі з'явиться небезпечна напруга. При використанні таких систем особливо ретельно підбирають автомати, які повинні швидко і надійно відключати напругу живлення. |
| S | У цій схемі використовуються два роздільні нульові провідники, робочий і захисний. | Декілька провідників збільшують вартість системи, але істотно підвищують надійність захисту. |
| C-S | Це – комбінована система. Генеруючий джерело приєднується до глухозаземленої нейтралі. До споживача йдуть лише чотири провідники (трифазне харчування). В об'єкті нерухомості додається захисний провідник PE. | Низька порівняно з попереднім варіантом вартість супроводжується меншою надійністю. При пошкодженні провідника на ділянці до об'єкта (або «PE») захисні функції будуть втрачені. Відповідно до чинних норм при використанні таких систем потрібно запобігти механічне пошкодженнявідповідних провідників. |
Найчастіше використовувані схеми підключення
Досить високі ризики виникають під час використання повітряних лінійелектропередач. Вони можуть бути пошкоджені ураганом, іншими негативними зовнішніми впливами. Для забезпечення високого рівняБезпеки застосовують схему TT.
Глугозаземлену нейтраль приєднують до генератора. Передача енергії здійснюється за чотирма проводами. У споживача встановлюють автономну системузаземлення, до якого підключаються корпуси обладнання.
Види
Щоб опір був мінімальним, бажано скоротити довжину захисного провідника. Це забезпечують за допомогою створення контуру заземлення по периметру об'єкта.
Виносні системи застосовують при оснащенні установок, які працюють з напругою живлення до 1 000 V.
Заземлювачі поділяють також на штучні та природні. Цей розподіл за групами умовний, тому що в обох випадках використовуються металеві частини конструкцій, що знаходяться в землі:
- У першому – їх створюють спеціально для системи заземлення. Такий підхід дозволяє точно розрахувати опір, розміри. окремих частинінші важливі параметри.
Природний заземлювач – металева частина конструкції, що у землі
- Другий варіант передбачає приєднання до металевих частин конструкції будівлі, арматури фундаментних блоків. Він більш економічний, оскільки для захисту застосовуються деякі готові деталі. Однак треба враховувати, що для підключення обладнання знадобиться прокладання відповідних ліній, які матимуть певний нормативний опір. Недоліком є відносна доступність до звичайного персоналу.
Для заземлення використовують провідники з міді, чорної та оцинкованої сталі. Переріз та інші характеристики виробів підбираються з урахуванням електричних параметрівустановки та умов її експлуатації.
Зокрема, має значення рівень вологості. При розрахунку перевіряють питомий опір та інші особливості ґрунтів.
