Виды заземляющих устройств

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на людей. Ещё одно назначение защитного заземления – отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.

Основная цель применения заземления – снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.

Что такое нейтраль?

Нейтраль – это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования – зануление электроустановок.

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

PEN-проводник – это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.

PE-проводник – это защитное заземление, которое мы используем, например,  в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

• TN-S;
• TN-C;
• TNC-S;
• TT;
• IT.

Виды заземления – расшифровка названия:

• T – заземление;
• N – подсоединение проводника к нейтрали;
• I -изолирование;
• C – объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
• S – раздельное использование проводов.

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

• TN-C;
• TN-S;
• TNC-S;
• TT.

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

• заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
• внешние проводящие части устройства;
• проводник нейтрального типа;
• совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название – Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

Недостатки:

• возрастает вероятность получения удара током;
• возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
• высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
• такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 – это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

Конструкция:

1. PN – нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
2. PE – глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

Преимущества:

• легкость монтажа;
• низкая стоимость покупки и содержания системы;
• высокая степень электробезопасности;
• не требуется создание контура;
• возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

Достоинства:

• простое устройство защитного механизма от попадания молний;
• наличие защиты от короткого замыкания.

Минусы использования:

• слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
• возможность появления фазного напряжения;
• высокая стоимость монтажа и содержания;
• напряжение не может быть отключено автоматикой;
• отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

• 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
• 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.

Преимущества TT:

• высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
• защита от КЗ;
• возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

Недостатки:

• сложное устройство защиты от молний;
• невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.

Системы с изолированной нейтралью

В ходе передачи и распределения электрического тока на потребителей применяется трехфазная система. Это дает возможность обеспечить симметричность и равномерное распределение нагрузки по току.

Такое устройство создает режим, предусматривающий использование трансформаторной будки и генераторов. Их нейтральные точки не оснащены контуром заземления.

Изолированный тип нейтрали применяется в схеме питания при соединении вторичных обмоток трансформаторных установок по схеме треугольника и при отсутствии питания во время аварийный ситуаций. Такая сеть представляет собой замещающую цепь.

Изолированная нейтраль способствует пробиванию изоляционного покрытия при коротком замыкании и возникновению короткого замыкания на других фазах.

Система IT

Система IT с напряжением до 1000 В обеспечивает заземление через высокий уровень сопротивления и оснащена нейтралью источника питания.

Все внешние элементы электроустановки, которые выполнены из материалов, проводящих ток, заземляются. Среди преимуществ можно выделить невысокие показатели утечки тока во время однофазного КЗ электрической сети. Установка с таким механизмом может функционировать долгое время даже при аварийных ситуациях. Между потенциалами отсутствует разность.

Недостаток: защита от тока не срабатывает при замыкании на землю. Во время работы в режиме однофазного КЗ возрастает вероятность поражения током при прикосновении ко второй фазе установки.

Источник: odinelectric.ru

Далее привариваем соединительную полосу 40х4 или 50х5. Места сварки промазываем битумом (для защиты от коррозии).
Часть написанного увидите в 19-минутном ролике:
 

 
 
Усовершенствование описанного метода:

• применение оцинкованных или омеднённых стержней для увеличения срока службы (такое есть в методе 3);
• рытьё 2-3 метровой скважины для каждого штыря, засыпка покупного грунта, чтобы снизить удельное сопротивление почвы и тем самым общее сопротивление заземляющего устройства (например, коксовая мелочь имеет ρ_ср = 2.5 Ом·м в отличии от повсеместного суглинка с ρ_ср = 80 Ом·м, сопротивление снизится в 80/2.5 = 32 раза);
• насыщение почвы обычной солью (не более 5%), но эту операцию нужно повторять каждые 2-4 года, так как из-за талых вод и дождей она (NaCl) вымывается (такое есть в методе 4).

 
  

Второй метод «скважина» (дороже, но 1 электрод)

Роем траншею глубиной 0.5-0.8 метра перпендикулярно стене здания к месту, где запланировано бурить скважину (не менее трёх метров для подъезда машины).
Заказываем буровую установку, закладываем одну стальную трубу диаметром 0.1-0.2 метра, которая будет являться вертикальным и единственным электродом длиной 30-40 метров.
В этом методе низкое сопротивление обеспечивается:
— большой площадью контакта за счёт глубокого проникновения;
— низким удельным сопротивлением земли на глубине более 5 метров за счёт повышенной влажности и плотности (более 80% трубы в таких условиях).
По траншее прокладываем стальную полосу 40х4 или 50х5 и привариваем её к трубе. Место сварного шва защищаем о коррозии битумом.
Толщина стенки трубы влияет на ресурс, выбирают из диапазона 3.5-6.0 мм.
 
Усовершенствование описанного метода:

• чтобы снизить цену – убейте «двух зайцев»: заземление и одновременно скважина для забора воды с обсадной трубой (допускается пунктами 1.7.54 и 1.7.109 ПУЭ-7 или источника 1);
• применение оцинкованной трубы для увеличения срока службы.

 

Третий метод «конструктор» (упрощённый монтаж)

Для модульного штыревого заземления выбрали одиночный глубинный (до 40 метров) электрод, но закладывают не цельную трубу, а по очереди забивают 1.5-2.0 метровые стержни диаметром до 0.02 метра (это всего 20 мм). После заглубления первого стержня, на нём с помощью соединительной муфты фиксируют второй и так далее (на штырях и муфте нарезана резьба). До тех пор, пока измеренное сопротивление заземляющего устройства не окажется удовлетворительным.
Чтобы забитые штыри не превратились в «труху» за 2-3 года их нужно защитить от коррозии:

• наносят цинковое покрытие толщиной до 30 мкм (его хватает на 15-25 лет) – в паре железо-цинк в первую очередь окисляется последний (то есть пока вся масса Zn не окислится, сталь не корродирует);
• наносят покрытие их меди толщиной до 250 мкм (его хватает на 30-100 лет в зависимости от агрессивности грунта) – в паре медь-железо в первую очередь должно окисляться железо, но медь создаёт герметичный слой, который не допускает к железу воду (следовательно, реакции окисления не происходит);
• производят из нержавеющей стали (её хватает на 50-100 лет).

Здесь и кроется минус: если при заглублении омеднённого штыря встретится прочный камень, то стержень пытаясь «обойти» препятствие изогнётся и слой меди начнёт «слизываться». Если таких камней окажется несколько, то может нарушится герметичность покрытия и после разрушения стержня от коррозии, вся глубинная часть заземлителя выйдет из строя. Поэтому такой метод не подходит для каменистых почв.
 
Для заглубления применяют:

• тяжёлый перфоратор (при глубине до 6 метров);
• отбойный молоток (при глубине до 30 метров).

Соединительная муфта в большинстве случаях латунная (сплав меди и цинка), чтобы обеспечить надёжный электрический контакт. Правильное соединение – стержни впритык друг к другу, муфта работает только на удержание осей в вертикальном положении. То есть ударные нагрузки от отбойного молотка передаются от стержня к стержню, муфта не участвует. Чем больше глубина, тем большие ударные нагрузки испытывают стержни. В случае не верного соединения рискуете поломать муфту, потерять электрический контакт и безвозвратно вывести из строя забитые штыри.
 
Хитрость: в муфту заливается антикоррозионная токопроводящая паста или закладываются кусочки цинка (можно изъять из батареек), свинца.

Источник: www.avtomats.com.ua

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителей, соединенных между собой и находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Состоят из заземляющих проводов, соединяющих заземляемые части эл установок с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющих устройств: а)выносное и б)контурное.

а) Выносное (сосредоточенное) характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляющее оборудование или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

У выносного заземления отдаленность заземлителя от заземляемого оборудования возникает в следующих случаях:

1. при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории.

2. при высоком сопротивлении земли на данной территории (песчаный или скалистый грунт) и наличие вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли.

3. при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (горные выработки).

Поэтому заземляющие устройства такого типа используются при малых токах замыкания на землю, в частности в устройствах до 1 кВ.

б) Контурные заземляющие устройства:

план

Характеризуется тем, что электроды размещаются по контуру или периметру площадки, на которой находится заземляемое устройство, а также внутри этой площадки. Часто электроды располагаются на площадке равномерно и поэтому контурное устройство иногда называют распределенным.

7) Зануление:

Это преднамеренное электрическое соединение с многократно заземленным нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус.

Принцип действия зануления – превращение замыкания или пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводом) с целью вызвать большой ток способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную установку от питающей цепи.

В качестве защиты могут использоваться плавкие предохранители, магнитные пускатели, контакторы, автоматические выключатели.

Если пробило фазу ток идет на проводник на нулевой провод, далее на фазу, сгорает предохранитель и система отключается – получается петля. Величина тока замыкания определяется фазным напряжением и сопротивлением петли.

где: Zт – внутреннее сопротивление трансформатора

— активное сопротивление фазного и нулевого провода

Хф, Хн — внутреннее сопротивление фазного и нулевого провода

Х’ – внешнее индуктивное сопротивление

,

где: Jн – номинальный ток плавких ставок

Согласно ПУЭ ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза ток плавких вставок, а для автоматов – в 1,4 раза.

Зануление применяется в трехфазных глухо заземленных сетях напряжением до 1000В. Обычно это сети напряжением 380/220В и 220/127В

Повторное заземление нулевого провода обеспечивает напряжение корпуса относительно земли в момент короткого замыкания при обрыве нулевого провода. Повторное заземление нулевого провода — практически не влияет на отключающую способность нулевого проводника. Но при отсутствии нулевого защитного провода возникает опасность поражения электрическим током во время замыкания фазы на корпус в случае обрыва нулевого проводника.

В этом случае напряжение на корпусе:

Источник: studopedia.ru

Заземление какой-либо части установки называется преднамеренное соединение её с заземляющим устройством с целью сохранения на установке низкого потенциала и обеспечения нормальной работы системы или её элементов в выбранном для них режиме.

Различают три вида заземлений:

· рабочее заземление,

· защитное заземление для безопасности людей,

· заземление грозозащиты установки.

К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов и генераторов, глухое, либо через дугогасящий реактор для гашения дуги замыкания на землю, трансформаторов напряжения, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи и заземление фазы при использовании земли в качестве рабочего провода.

Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электрическую установку, путём заземления металлических частей установки, которые в рабочем режиме не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при перекрытии, либо пробое изоляции.

Заземление грозозащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников и ограничителей перенапряжения, а также стержневых или тросовых молниеотводов.

Рабочее и защитное заземление должны выполнять своё назначение в течение всего года, тогда как заземление грозозащиты лишь в грозовой сезон.

Для реализации любого вида заземления требуется заземляющее устройство, состоящее из заземлителя, располагаемого в земле и заземляющего проводника, соединяющего оборудование с заземлителем.

Заземлители подразделяются на естественные и искусственные. Естественными заземлителями считаются проложенные в земле конструкции не предназначенные для целей заземления, но используемые как заземлители. К естественным заземлителям относятся металлические трубопроводы, обсадные трубы, арматура железобетонных конструкций сооружений и т. п.

Искусственные заземлители выполняются только для заземления. Искусственный заземлитель может состоять из одного или многих вертикальных и горизонтальных электродов и характеризуется значением сопротивления от поверхности заземлителя до уровня нулевого потенциала, которое окружающая земля оказывает стекающему с него току. Сопротивление заземлителя определяется отношением потенциала на заземлителе к стекающему с него току.

 

Источник: helpiks.org