Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.).
Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Область применения защитного заземления – электроустановки по напряжением до 1000 В в сетях с изолированной централью и выше 1000В в сетях с любым режимом нейтрали источника тока (как с изолированной, так и с глухозаземленной).
В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 [1] защитное заземление электроустановки следует выполнять:
при номинальном напряжении 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока во всех случаях;
при номинальных напряжениях от 42В до 380В переменного и от 110В до 440В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных установках.
Примечание: Характеристики этих условий приведены в обязательном приложении к ГОСТ 12.1.013-78 [2].
Защитному заземлению подвергают металлические части электроустановок и оборудования, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, например, корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, каркасы распределительных щитов, металлические трубы и оболочки электропроводок и т.д.
Принцип действия защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000В:
снижение напряжения прикосновения на заземленном корпусе при замыкание на него питающего напряжения.
Это достигается за счет малого сопротивления заземляющего устройства (
Ом). Ток течет по пути наименьшего сопротивления, а т.к. сопротивление человека (
кОм), то он пойдет в заземлитель или его эквивалент.
Принципиальная схема защитного заземления приведена на рис.:
(а) — трехфазной сети; (б) — двухпроводных сетей переменного и (в) — постоянного тока.
Примечание: предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов через тело человека с учетом длительности воздействия приведены в ГОСТ 12.1.038-82 [3].
Заземление осуществляется с помощью специальных устройств – заземлителей — это совокупность заземлителя – металлических проводников, соприкасающихся с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.
В зависимости от взаимного расположения заземлителей и заземляемого оборудования различают выносные и контурные заземляющие устройства. Первые из них характеризуются тем, что заземлители вынесены за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточены на некоторой части этой площадки (рис. 20.4).
Контурное заземляющее устройство (рис. 20.5), заземлители которого располагаются по контуру (периметру) вокруг заземляемого оборудования на небольшом расстоянии друг от друга (несколько метров), обеспечивает лучшую степень защиты, чем предыдущее
Заземлители бывают одиночные и групповые, исскуственные и естественные.
Груповой заземлитель состоит из вертикальных стержней и соединяющей их горизонтальной полосы.
В качестве естественных заземлителей используют:
— проложенный в земле водопровод;
— обсадные трубы скважен (металлические);
— свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;
— другие металлоконструкции, расположенные в грунте.
Общее сопротивление заземляющего устройства состоит из сопротивления естественных и искусственных заземлителей:
где 
– требуемое (допустимое) значение сопротивления заземляющего устройства.
Требования к сопротивлению защитного заземления регламентируются ПУЭ. В любое время года это сопротивление не должно превышать 4 Ом
Охрана труда в электроэнергетике
Защитное заземление в электроустановках
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ 7, ТКП 339-2011), заземление применяется для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции, т.е. при косвенном прикосновении к токоведущим частям.
Защитное заземление это преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановок с «землей» или ее эквивалентом (ГОСТ 12.1.030-81).
Заземление выполняется с помощью заземляющего устройства, состоящего из заземлителя (металлических элементов соединенных между собой и находящихся в непосредственном контакте с землей), и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.
Заземлители входящие в состав заземляющего устройства бывают искусственные (предназначенные для целей заземления) и естественные (имеющие другое назначение).
В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:
- металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;
- металлические трубы водопровода, проложенные в земле;
- другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения;
- свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле и т.д.
Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводы канализации и центрального отопления, алюминиевые оболочки кабелей.
Если при использовании естественных заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются нормированные значения напряжения на заземляющем устройстве и допустимые плотности токов в естественных заземлителях, то выполнение искусственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ не обязательно.
В качестве искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды, различного профиля сечения (круглые, прямоугольные, угловые, трубные). Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали, омедненными или медными. Искусственные заземлители не должны иметь окраски. Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать требованиям, приведенным в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ 7, ТКП 339-2011).
Таблица – Наименьшие размеры некоторых типов искусственных заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле
| Материал | Профиль сечения | Диаметр, мм | Площадь поперечного сечения, мм | Толщина стенки, мм |
| Сталь черная | Круглый: | |||
| для вертикальных заземлителей длиной до 5 м | 12 | — | — | |
| для вертикальных заземлителей длиной более 5 м | 16 | — | — | |
| для горизонтальных заземлителей | 10 | — | — | |
| Сталь оцинкованная горячим способом или нержавеющая | Круглый: | |||
| для вертикальных заземлителей длиной до 5 м | 12 | — | — | |
| для вертикальных заземлителей длиной более 5 м | 16 | — | — | |
| для горизонтальных заземлителей | 10 | — | — | |
| Прямоугольный | — | 90 | 3 | |
| Угловой | — | 90 | 3 | |
| Трубный | 25 | — | 2 | |
| Медь | ||||
| Круглый | 12 | — | — | |
| Прямоугольный | — | 50 | 2 | |
| Трубный | 20 | — | 2 | |
| Трос | 1,8* | 25 | — | |
* Диаметр каждой проволоки.
Типы заземляющих устройств
Заземляющее устройство может быть выносным – когда заземлитель вынесен за пределы площадки на которой размещено заземляемое оборудование.
Рисунок. Схема выносного заземляющего устройства: 1 – заземляющий проводник; 2 – магистраль заземления; 3 – стена здания; 4 – электроды (заземлители); 5 – стальная полоса или пруток; 6 – траншея.
Если заземлитель сосредоточен на некоторой части этой площадки, то заземляющее устройство называют сосредоточенным.
Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды заземлителя размещаются по периметру площадки, а также внутри площадки, на которой находится заземляемое оборудование.
Рисунок. Схема контурного заземляющего устройства: 1 – заземляющий проводник; 2 – магистраль заземления; 3 – стена здания; 4 – электроды (заземлители); 5 – стальная полоса или пруток; 6 – траншея.
Если электроды размещаются внутри площадки равномерно, в этом случае контурное заземляющее устройство называют распределенным.
Недостатком выносного заземляющего устройства является отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования и, как следствие, отсутствует выравнивание потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования.
Рисунок. Распределение потенциалов и напряжение прикосновения при выносном заземляющем устройстве
Кроме этого, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом, за счет сопротивления заземляющего проводника. Поэтому выносное заземляющее устройство применяется при малых токах замыкания на землю при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории (например, при высоком сопротивлении грунта на данной территории и наличии вне этой площадки мест со значительно лучшей проводимостью земли, при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования по территории (например, в горных выработках) и т.п.).
Достоинством заземляющего устройства данного типа является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта.
Преимущество контурного распределенного заземляющего устройства в том, что безопасность обеспечивается не только уменьшением сопротивления заземляющего устройства, но и выравниванием потенциала на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых.
Рисунок. Распределение потенциалов и напряжение прикосновения при контурном (распределенном) заземляющем устройстве
Таким образом, принцип действия защитного заземления заключается в снижении до безопасных значений напряжений прикосновения, обусловленных замыканием на корпус, и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (за счет уменьшения сопротивления заземления), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).
Эффективность работы заземляющего устройства зависит от его сопротивления растеканию тока в землю. На практике чаще используется групповой заземлитель, так как имеет меньшее значение сопротивления растеканию тока в землю.
Защитное заземление открытых проводящих частей выполняется:
- в электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной и эффективно заземленной нейтралью;
- в электроустановках напряжением до 1 кВ при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на открытые проводящие части, т.е. в системе IT;
- в электроустановках напряжением до 1 кВ, когда с помощью зануления (т.е. в системе TN) не могут быть обеспечены условия электробезопасности, т.е. применяется в системе TT.
Проверьте, насколько хорошо Вы изучили вопрос "Защитное заземление в электроустановках", ответив на несколько контрольных вопросов. [Пройти тест]
Устройство защитного заземления – способ, электротехнического присоединения защитного проводника с нетоковедущими корпусами электроустановок, подвергаемые действию токов короткого замыкания фазного электротока. Защитный контур, главной задачей которого, является предохранение нанесения электротравм, связанных, с пиковыми значениями тока при коротком замыкании.
Для понимания сути устройства, следует знать основные теоретические вопросы.
Основные цели, задачи заземления
Основной задачей защитного заземления, согласно требованиям ГОСТа – предупреждение воздействия на людей пиковыми токами при КЗ и отведения напряжения с корпусов электроустановок через устройство заземления в грунт. Все меры принимаются для предупреждения возможностей получения электротравм.
Принцип действия защитного зануления и заземления – понижение до минимального уровня силы тока и поражающих факторов при прикосновении к короткозамкнутым деталям электроприборов и установок.
При этом происходит понижение уровня напряжения на корпусах защищенных приборов, потенциалы выравниваются в связи с ростом этой величины на поверхности до уровня равного потенциала оборудования с земляным проводом.
Областью применения являются трехфазное оборудование и цепи. Они должны оборудоваться глухозаземленной нейтралью при напряжении ниже 1000. В, при большем напряжении цепи выбирается любой способ проведения нейтрального провода.
Основной целью устройства защиты является снижение уровня напряжения до безопасного значения на корпусе оборудования и контуре защиты, а также снижение силы тока, идущего через корпус человека при касании участка под напряжением.
Номинальное значение напряжения цепи переменного тока свыше 380 В и значении постоянного тока в 440 В – такие электрические цепи подлежат обязательному оснащению заземлением, особенно при особо опасных условиях и местах повышенной опасности.
Обязательно должны заземляться устройство с металлическим корпусом:
станки;- приборы;
- корпуса электрощитовых;
- пульты управления механизмами;
- металлический корпус кабеля и муфт;
- металлические трубы для укладки проводов.
При КЗ фазного провода на корпуса устройств, и касании человека их рукою, через его тело проходит опасный по величине электрический ток. При заземлении, основная часть напряжения уйдет на контур, потому, что его сопротивление меньше чем человеческого тела.
Отличие рабочего заземления от защитного
Рабочее заземление. Принцип работы – это выполнение соединения с землей несколько отдельно стоящих объектов электросхемы здания. Это могут быть нейтраль обмотки генератора, и других различных устройств.
Оно предназначено для обеспечения правильной работы электроустановки, независимо от условий его применения. Осуществление этого вида защиты происходит, непосредственно соединяя заземляемые корпуса электроустановок с заземлителями.
Достаточно редко, рабочее заземление может проводиться с помощью специализированных приспособлений – это могут быть пробивные предохранители, резисторы.
Защитное зануление и заземление, как указывалось выше, выполнение работ по электрическому соединению с металлическими нетоковедущими частями устройств. При этом основной работой защитного контура, является предохранение нанесения электротравм при касании человеком корпуса оборудования, потому, что ток с него отводится на заземляющий контур, сопротивление которого меньше чем сопротивление человеческого тела.
Поэтому отличием этих двух защитных устройств, является принцип их работы. Если рабочее уравнивает потенциалы, то защитное отводит ток на заземляющий контур, как правило, по глухозаземленной нейтрали.
Но при оснащении своего помещения любым из видов защиты, наибольшая эффективность работы, будет достигаться при условии, что токи короткого замыкания не будут увеличиваться в связи с уменьшением уровня сопротивления заземлителя.
Еще о чем следует помнить. Ни один заземляющий контур не сможет выполнить работу автоматов отключения тока и устройства защитного отключения при утечках тока. А также эти приборы, не смогут выполнить свою работу надежно, без защитного заземления.
Требования к защитному заземлению
Защитное заземление – это наиболее жесткое устройство, чем зануление цепи. Здесь предусмотрена прокладка отдельной шины, довольно небольшого уровня сопротивления, которая идет к системе заземлителей, забитых в землю в виде треугольника.
Расчет защитного заземления, требует знания множества формул и наличия множества исходных данных. Поэтому принято для жилого фонда применять типовые проекты контура заземления для каждого региона.
Установка зануления предусматривает прокладку шины нейтрали или любого другого способа отвода тока в однофазной цепи. При этом, значения сопротивлений каждого проводника зануления до подстанции или питающего трансформатора, складываясь, образуют значение сопротивления защитного устройства.
Эта величина может изменяться, но требования к защитному заземлению и занулению, предусматриваю общее значение максимально возможного уровня сопротивления цепи.
Бытовое заземление
Как правило, системы электроснабжения, должны иметь сопротивление защитного заземления, должно быть от 4 Ом, до 30 Ом. Для обустройства, как правило, применяют стальные уголки и полоса шириной 40 мм. Предусматривают использование медной шины, достаточного сечения, согласно ГОСТу. Это обязательное требование.
При использовании защитного проводника с медным проводом 0,5 мм2 нам не хватит и 100 метров провода для достижения критического значения. Наиболее строгие требования предъявляются при обслуживании участков:
- Установки, с напряжением цепи до 1000. В, оснащаются устройством, сопротивление которого, не должно превышать 0,5 Ома. Значение заземленного контура измеряют при помощи специального измерительного прибора – измерителем сопротивления. Это измерение проводится двумя дополнительными заземлителями. Разведя их на определенное расстояние, выполняем замер, затем сдвигая электрод, проводим несколько замеров. Самый худший результат принимается за номинальное значение.
- Для обслуживания цепи трансформатора, других источников питания, при величинах напряжения от 220 В до 660 В – величина сопротивления заземления должна быть от 2 Ом до 8 Ом.
Производственное защитное заземление
Использование дополнительных мер для выравнивания величин потенциала – это основная «обязанность» применения защитного обустройства производственных мощностей. Для достижения надежной защиты, все металлические детали конструкций и устройств, а коммуникационные трубопроводы подсоединяются на заземляющий проводник.
В жилых помещениях, так следует оборудовать ванные комнаты и стальной водопровод, канализацию, и трубы отопления. В наше время пускай и редко, но они встречаются. На промышленных объектах заземляют:
приводы электрических машин;- корпуса каждой электроустановки, находящейся в помещении;
- коммуникации металлических труб, металлоконструкции;
- защитные оплетки электрокабелей , с напряжением постоянного тока до 120 В;
- электрощитовые, различные корпуса системы электропроводки.
Детали, не требующие защиты:
- металлические корпуса приборов и оборудования, установленных на стальной платформе, главное – обеспечение надежного контакта между ними;
- разнообразные участки с металлической арматурой, установленная на деревянных конструкциях, исключение составляют объекты, где защита распространяется и на эти объекты;
- корпуса электрооборудования, имеющие 2, 3 классы безопасности;
- при вводе в здание электропроводки, с напряжением не выше 25 В, и прохода их сквозь стену из диэлектриков.
В заключение необходимо отметить.
Защитное заземление применяется в сетях переменного тока до 1кВ с глухозаземленной нейтралью, свыше этого значения напряжения со всеми видами проведения нейтрального провода.
После монтажа каждого из видов защиты, необходимо выполнить проверку величины сопротивления защиты. После этого составляется акт проверки. Замеры, проводят летом и зимой, в это время грунт имеет наибольшее сопротивление.
Проверку жилого фонда рекомендуется проводить раз в год. Помните о необходимости оснащения щитовой автоматами размыкателями цепи и защитным устройством от утечек тока.
