Контур заземления, что собой представляет и как он работает
В соответствие с действующими техническими нормами (ПУЭ, в частности) основной элемент, обеспечивающий безопасные условия эксплуатации электроустановок – это заземляющее устройство (ЗУ). Большинство специальных приборов защиты, устанавливаемых в цепях питания электросетей, гарантированно срабатывают лишь при его наличии. Поэтому так важно рассмотреть вопрос, что собой представляет типовой контур заземления (ЗК) и как он работает.
Что является заземляющим контуром
Чтобы понять, что такое контурный заземлитель – следует представить его как систему, состоящую из металлических стержней, связывающих их полос и набора медных соединительных проводников. Такая сборная конструкция обеспечивает надежный контакт токопроводящего корпуса электроустановки с фактической землей (почвой).
При выяснении вопроса о том, что является заземляющими контурами, следует понимать, что основной их компонент – это одиночный электрод подходящего размера и сечения, забиваемый в грунт на определенную глубину. Для создания распределенной контурной системы согласно действующим техническим требованиям должна использоваться группа штырей, соединенных между собой металлическими полосами.
Как это работает
Чтобы всем было понятно, для чего нужны контуры заземления – рассмотрим принцип действия составной конструкции. Защитный заземляющий контур работает следующим образом:
- За счет качественного монтажа заземляющих жил и хорошего контакта с грунтом металлическая распределенная система обеспечивает идеальные условия для стекания аварийных токов в землю.
- Благодаря этому опасный для человека потенциал, появившийся на корпусе электрооборудования во внештатном режиме (при нарушении изоляции фазного провода, например), резко снижается.
- Надежное стекание тока в землю обеспечивается низким переходным сопротивлением заземлителя, который является частью защитного контура.
Появление значительных по величине аварийных токов приводит к срабатыванию установленных в питающих цепях устройств защиты (как автоматов, так и предохранителей).
В результате питающая сеть полностью отключается, предотвращая возможные негативные последствия. При подключении контура заземления основное внимание уделяется созданию условий, обеспечивающих эффективный контакт как штырей, так и полос с грунтом.
Из чего состоит заземление
В состав заземляющей системы согласно ее определению (смотрите ПУЭ) входят такие обязательные элементы, как:
- Сам ЗК, обустраиваемый на основе металлических уголков площадью поперечного сечения не менее 100 мм квадратных или отдельных штырей диаметром порядка 20 мм.
- Комплект специальных проводников (медных шин), позволяющих в жилых домах заземлять электрические приборы.
Обратите внимание: Иногда как отдельный элемент рассматривается заземляющий спуск, обустраиваемый вдоль стены здания (в устройствах защиты от молний, например).
В зависимости от своего расположения относительно здания защитные конструкции могут быть внешними и внутренними. Рассмотрим как нужно обустраивать каждый из представленных видов контуров, чтобы добиться наилучших результатов.
Внешний контур
При обустройстве наружного контура заземления необходимо учитывать качество и состав грунта в месте расположения его элементов. Хозяева самостоятельно отстроенного дома обычно знают, на какой почве он стоит, и сразу могут определить, как она влияет на проводимость. В противном случае потребуется помощь специалистов по геодезии.
При самостоятельном проведении работ важно знать, что грунты бывают:
- чисто глинистыми;
- суглинистыми;
- торфяными;
- черноземными;
- гравийными и скалистыми.
В реальных условиях в пределах домашнего участка чаще всего встречаются первые два класса почв или их разновидности (суглинок пластичный, глинистые сланцы и подобные им). Для различных типов грунтов их удельные сопротивления имеют следующие значения:
- Глина пластичная и мягкий торф – 20-30 Ом·/метр.
- Для суглинка с содержанием золы и пепла, а также простой садовой земли этот показатель составляет 30-40 Ом/метр.
- Черноземные земли и глинистые сланцы, а также глина полутвердая имеют сопротивление, близкое к значениям 50-60 Ом/метр.
С точки зрения организации внешнего контура заземления эти почвы – самые подходящие, поскольку в них сопротивление растеканию имеет небольшую величину.
Грунты с большими значениями сопротивлений представлены такими видами, как:
- Полутвердый суглинок, иногда определяемый как смесь глины и песка, а также так называемая «влажная супесь», имеющая средний показатель 100-150 Ом/·метр.
- Содержащий глину гравий и влажный песок – 300-500 Ом/·метр.
А такие «жесткие» грунты, как скала, гравий и сухой песок совершенно неспособны обеспечить надежное заземление. В этих условиях принимаются специальные меры, позволяющие понизить сопротивление заземляющих контуров в месте расположения штырей.
Дополнительная информация: Они чаще всего сводятся к искусственному изменению состава почвы. Как пример – добавление в нее раствора поваренной соли.
Еще один вариант, позволяющий найти выход из сложившейся ситуации – обустройство глубинных заземлителей, достающих до слоев более «легкого» состава. Но этот подход к тому, как обустроить наружное заземление, достаточно трудоемок и обойдется недешево.
Контур заземления внутри объекта
При расчете элементов внутреннего контура заземления необходимо учитывать, что смонтированная внутри здания токопроводящая полоса должна охватывать периметр каждого из имеющихся в нем помещений. К открыто проложенной вдоль стен и вблизи от пола заземляющей шине подсоединяются все установленные в них электроустановки и приборы.
Обратите внимание: В небольших по размеру помещениях (в жилых квартирах или частных домах) вместо ЗК монтируется типовой щиток со специальной планкой. Ее принято называть главной заземляющей шиной (ГЗШ).
В этих условиях особое внимание уделяется таким составляющим, как заземляющие проводники (соединители, предназначенные для подключения бытовых приборов и ванны непосредственно к заземлению).
Отдельный контакт щитка (планка заземления) соединяется либо с обустроенным в пределах строения внутренним контуром, либо посредством длинного медного проводника – с внешней системой заземления (как это изображено на первом фото данной статьи). Прямо от него медные шины в виде проводников отводятся в сторону различных защищаемых электроустановок и приборов. Нередко вместо полноценного щитка применяется отдельная контактная планка «PE», оборудованная непосредственно на входе в частный дом (рейка ГЗШ приведена на фото ниже).
Техника монтажных работ
Грамотный подход к обустройству ЗК состоит в правильности выбора места под него, а также в соблюдении требований действующих нормативов в части проведения основных монтажных работ.
Выбор места под ЗК
Перед устройством контура заземления важно подобрать место для размещения его элементов. Желательно – неподалеку от дома (его обычно рассчитывают устанавливать на удаление не более 2-х метров, что позволит выиграть на длине проводников).
Дополнительная информация: При выборе участка под заземление в первую очередь следует учесть, чтобы эта площадка располагалась на контролируемой хозяином территории.
Для этих целей подойдут такие зоны, как:
- участок огорода (кроме грядок с картофелем);
- палисадник или клумба;
- парковая зона, непосредственно примыкающая к дому.
Если грунт на прилегающей к строению местности имеет высокое удельное сопротивление – допускается установка системы штырей КЗ на более удаленной дистанции.
Обратите внимание: В этом случае придется смириться с излишними расходами на приобретение медных шин.
В любом из рассмотренных случаев при выборе места под ЗК следует предусмотреть все возможные варианты его использования в будущем (пусть даже и в очень отдаленной перспективе). Это позволит избежать ненужных издержек на перенос конструкции в ситуации, когда в данной зоне потребуется разбить детскую площадку, например.
Монтаж контура заземления
В зависимости от выбранной площадки (ее формы и размеров) при монтаже ЗК могут применяться различные схемы. Штыри в нем могут располагаться как в линию, так и в виде треугольника.
Важно! Независимо от используемой схемы, количество вертикально вбиваемых заземлителей должно быть не менее трех штук.
В том случае, когда выбрана треугольная конструкция, порядок обустройства ЗК выглядит следующим образом:
- Сначала на этом месте размечается площадка соответствующей конфигурации со сторонами примерно 2,5-3 метра.
- Затем вырывается котлован с размерами чуть большими, чем это обозначено разметкой.
- Вырытый в земле приямок должен повторять форму равнобедренного треугольника и иметь глубину не менее полуметра (при ширине порядка 50-70 см.).
- После этого по углам треугольного котлована с небольшим отступлением от стенок вбиваются три стальных штыря (отрезка арматуры) на глубину не менее 2-х метров.
- И, в завершении все они соединятся между собой стальными полосами (делается это посредством сварки, которой в данной ситуации следует отдать предпочтение).
В результате должна получиться конструкция, похожая на приведенную ниже.
Сечения проводов заземления от контура не должно быть менее 12-16 мм квадратных.
Для экономии сил и времени вырывать приямок под штыри можно не полностью. Достаточно будет выбрать землю только из канавок, в которые укладываются затем стальные соединительные полосы. На заключительной стадии сварных работ уже готовый заземлитель присыпается составом с низким удельным сопротивлением (золой или пеплом, например). Со временем содержащиеся в добавках соли растворятся в земле, что обеспечивает снижение сопротивления растеканию аварийного тока.
Параметры заземлителей (вертикальное расположение)
При проведении расчетов контуров заземления вертикального типа необходимо руководствоваться следующей формулой:
Приведенные в ней величины расшифровываются, как указано ниже:
R0 – величина расчетного сопротивления одиночного электрода в Омах.
Рэкв – значение удельного сопротивления почвы, уже рассмотренное ранее в главе о наружном ЗК.
L – длина отдельного электрода, входящего в состав системы заземления.
D – диаметр или соответствующий сечению размер штыря.
Т – расчетное расстояние от условного центра каждого из электродов до земной поверхности.
Для того чтобы получить требуемое значение сопротивления R0 (согласно ПУЭ оно не должно превышать 30 Ом) следует подбирать входящие в формулу переменные величины.
Обратите внимание: В случае если из-за особенностей грунта в данной местности установка вертикальных стержней невозможна – расчет величины сопротивления производится по формуле для горизонтальных заземлителей.
Перед тем как рассчитать ЗК следует учитывать, что для монтажа горизонтальной конструкции потребуется намного больше усилий и затрат по времени (а также значительных расходов медного материала). Кроме того, обустроенное таким способом заземление очень чувствительно к погодным условиям.
Именно поэтому считается, что лучше потратиться на обустройство вертикальных стержней, чем пытаться преодолеть недостатки горизонтальных заземляющих систем.
Тестирование
По завершении монтажных работ необходимо протестировать контур заземления на нормируемые показатели. Для испытания потребуются точные измерительные приборы, не всегда имеющиеся в распоряжении пользователя.
Проверка контура заземления
В отсутствие требуемого оборудования следует воспользоваться простейшими способами, один из которых описан ниже (он подходит только для частного дома).
Во-первых, нужно взять достаточно мощную нагрузку (такую как утюг, например, с потреблением порядка 2-4 кВт). Во-вторых, необходим специальный переходник с обычной розеткой на одном из концов (второй из них выполняется в виде двух отдельных проводов). Далее, один из них следует оформить в виде изолированного одиночного контакта, а на конце второй сделать толстую петлю.
После этого необходимо подсоединить полученную петлю к свободной колодке на заземляющей шине в щитке. Одиночный изолированный контакт следует воткнуть в фазную клемму розетки, ближайшей к нему (нарушать порядок подключения концов переходника к фазе и земле ни в коем случае нельзя). После всех этих манипуляций нагревательный прибор окажется включенным в питающую цепь через сопротивление самодельного контура заземления. Затем нужно измерить напряжение в сети посредством мультиметра при включенном утюге и без него.
Небольшая разница в показаниях двух описанных измерений означает, что изготовленный заземлитель вполне работоспособен. Если же они отличаются очень намного – контур придется доработать (увеличить количество штырей, например).
О том, как проверить наличие правильного заземления мультиметром, мы рассказывали в соответствующей статье!
Подводя итог всему сказанному, обратим внимание на рекомендации, которыми делятся опытные мастера:
- Перед началом монтажных работ желательно подготовить чертеж будущей конструкции, который может понадобиться при дальнейшей эксплуатации. При его наличии легче восстановить в памяти схему расположения штырей.
- Отрезки электродов допускается вбивать не только в угловых точках треугольника. Их можно располагать как в линию, так и по дуге. Главное, чтобы суммарное сопротивление растеканию тока, создаваемое всей цепочкой, не превышало 3-4-х Ом.
- Если оно больше нормируемого значения, то систему придется доработать, добавив в нее еще пару стержней.
- При отсутствии опыта самостоятельной проверки сопротивления заземления — лучше всего пригласить специалиста.
После ознакомления со всеми тонкостями процесса сборки и тестирования ЗК, попытаться изготовить его своими руками может каждый желающий.
Видео по теме
Для того чтобы в совершенстве освоить процесс обустройства систем заземления специалисты советуют ознакомиться с примерами расчета ЗК, которые в большом количестве представлены в Интернете. Помимо информационных сайтов рекомендуется просмотреть видео по теме,представленные ниже:
После ознакомления с этими материалами будет понятно, как произвести расчет посредством онлайн калькулятора, а также как изготовить и проверить защитное сооружение.
Заземление и защитные меры электробезопасности
Заземление – это комплекс мер по соединению всех электрических сетей в доме с землей. Для этого устраивается внутренний контур заземления, связанный с внешним контуром, к которому присоединяются все электрические приборы и розетки. Для устройства системы используется обособленная жила в электрическом кабеле. Она проходит через щиток в контур заземления и соединяется со всеми розетками в здании.
В случае накопления лишнего тока в приборе, он уйдет в грунт через такую систему. При этом прибор остается безопасным для людей. В крайнем случае при прикосновении к его корпусу можно ощутить легкое покалывание, но ничего хуже человек точно не испытает.
Зачем нужно заземление
Главная цель системы – обеспечить безопасность людей внутри квартиры или дома. Через защитное заземление все электрические приборы в доме – компьютер, чайник, холодильник, стиральная машина и другие – разряжаются в случае необходимости в грунт. Такое может произойти в том случае, если внутри прибора появляется неисправность, и электрический ток попадает на корпус.
В случае возникновения аварийной ситуации, автоматически срабатывает устройство защитного отключения. При этом исключается вероятность возгорания электрического кабеля, что могло бы привести к пожару. Кроме того предотвращается поражение током человека при касании корпуса прибора.
Нормы ПУЭ заземления
В нормах ПУЭ (правил устройства электроустановок) обозначены все необходимые требования по выполнению электрической разводки зданий и сооружений. Они касаются как нового строительства, так и производства ремонтных работ. В правилах содержатся обязательные требования, а также рекомендации по монтажу оборудования и материалов.
В требованиях к заземлению обозначены защитные меры от прямого и косвенного прикосновения. Требования разделены на заземление электроустановки выше и ниже 1 кВ для сетей:
- с изолированной нейтралью;
- с эффективно заземленной нейтралью;
- с глухозаземленной нейтралью.
Также в документе перечислены варианты заземлителей, проводников, обозначены требования к устройству главных заземляющих шин и виды соединений защитных элементов и проводников системы выравнивания потенциалов. Правила заземления содержат определение, описание и возможности заземления переносных и передвижных установок электрооборудования.
Монтаж контура заземления
Монтаж наружного контура системы предполагает установку металлической конструкции в непосредственной близости от здания. Он срабатывает в случае короткого замыкания.
Элементы контура заземления
Для загородных домов выполняется из следующих составляющих:
- Горизонтальные заземлители – металлические полосы, соединяющие вертикальные элементы системы.
- Вертикальные заземлители – стержни из металла.
- Проводник – электрическая линия от щитка к контуру заземления.
В качестве вертикальных элементов используется металлический профиль сечением не менее 14 мм или уголки размером 50х50 мм. Длина элементов должна быть порядка 3 метров. Материал – черная сталь, оцинкованная сталь или медь. Медные проводники имеют лучшие показатели сопротивления. В качестве горизонтальных элементов системы используют полосы шириной не менее 1 см и толщиной не менее 0,3 см.
Вертикальные заземлители должны плотно соприкасаться с грунтом, имея максимальную площадь для отвода напряжения.
Металлические изделия не красят, но покрывают антикоррозийными составами для исключения ржавчины.
Виды контуров заземления
- Треугольник. Это самый простой вариант контура. Металл вбивают в землю по вершинам равностороннего треугольника. Расстояние между каждыми двумя стержнями должно быть порядка 3 метров. В случае монтажа контура в стесненных условиях на маленьких участках можно выдержать меньшее расстояние.
- Линейный контур. Применяется для маленьких участков, где нет возможности для расположения треугольной конструкции. В этом случае система может быть смонтирована вдоль забора или отмостки коттеджа. Элементы заземления вкапываются в грунт по прямой линии, чем больше ее длина, тем лучше.
- Контур другой геометрии. В зависимости от размеров участка возле дома и расчета можно выполнить контур в виде квадрата или иной геометрической фигуры. Главное использовать достаточное количество заземляющих элементов необходимого сечения.
Расчет заземления
Для правильной работы системы необходимо выполнить расчет заземления перед установкой элементов.
Сопротивление контура заземления жилых домов не должно превышать 4 Ом.
Также при расчете учитываются следующие показатели:
- Вертикальные элементы – длина, диаметр, количество.
- Горизонтальные заземлители – длина, ширина, глубина погружения в грунт.
- Тип электрической сети – однофазная или трехфазная.
- Напряжение в сети. Обычно – 220 В.
- Параметры грунта. Климатическая зона в зависимости от температурного режима летнего и зимнего периода, тип грунта – песок, супесь, суглинок, глина. Также на сопротивление заземления влияет степень влажности земли.
- Вариант размещения электродов – по контуру или в ряд.
Все указанные параметры можно поставить в расчетный калькулятор и получить итоговое значение заземления. Также результат можно получить по формуле:
Смонтированная сеть будет работать лучше в грунтах с низким сопротивлением. Самые низкие показатели сопротивления имеет торф – 20-30 Ом*м. При этом самые высокие показатели у влажного песка и пескогрунта – 300-500 Ом*м.
Правила и требования к контуру заземления
- Молниезащита и заземление. Если в вашем доме выполнена молниезащита, то две системы объединяются в одну. Система молниезащиты также имеет контур видимого заземления с молниеотводом – мощным отводящим устройством из толстого металлического профиля. При объединении выполняют систему уравнивания потенциалов.
- Глубина монтажа вертикальных стержней. Они должны быть забиты в землю ниже глубины промерзания на 0,6-1 м. Для Москвы и Московской области глубина промерзания составляет от 1,1 до 1,8 м в соответствии с типом грунта. Поэтому рекомендуемая глубина погружения стержней составляет 3 м.
- В качестве заземлителей запрещено использовать трубы отопления, канализации или проводящие другие жидкости, газы и смеси.
- Минимальные требования к материалам представлены в таблице 1.7.4 пункта 1.7.102 ПУЭ.
Как сделать монтаж контура заземления
Сначала требуется выбрать место для монтажа. Желательно отступить от дома 2 метра, при этом разместить контур со стороны электрического щитка для сокращения трассы заземления здания. При этом нужно учитывать следующее:
- лучше размещать контур на влажном участке;
- лучше размещать его в глине или суглинке, чем в песке;
- лучше разместить контур чуть дальше, но в более благоприятных условиях.
Затем выполняются земляные работы. Подготавливается траншея выбранной геометрии. Низ стержней заостряют для лучшего проникновения в землю. Стержни погружают до требуемой глубины. Над землей металлические элементы должны выступать на 20 см для монтажа горизонтальных заземлителей.
После этого выполняется сборка металлоконструкций. Полосы из металла привариваются к вертикальным элементам контура, одна полоса подводится к зданию. Сварные швы обрабатывают с помощью антикоррозийного состава, грунтуют и обмазывают мастикой. Котлован засыпают грунтом.
Выполняют ввод сети в здание. Полоса заводится на дом и крепится на стене с помощью болта. Соединяется с заземляющим проводником, ведущим из щитка к главной шине. Используется кабель желто-зеленого цвета, для загородных домов подходят медные провода сечением 6 мм.
После окончания монтажа следует проверить работоспособность системы. Кроме того, контроль исправности сети требуется контролировать каждые 12 лет.
Заземление. Что это такое и как его сделать (часть 1)
В первой части (теория) я опишу терминологию, основные виды заземления (назначение) и предъявляемые к заземлению требования.
Во второй части (практика) будет рассказ про традиционные решения, применяемые при строительстве заземляющих устройств, с перечислением достоинств и недостатков этих решений.
Третья часть (практика) в некотором смысле продолжит вторую. В ней будет содержаться описание новых технологий, используемых при строительстве заземляющих устройств. Как и во второй части, с перечислением достоинств и недостатков этих технологий.
Если читатель обладает теоретическими знаниями и интересуется только практической реализацией — ему лучше пропустить первую часть и начать чтение со второй части.
Если читатель обладает необходимыми знаниями и хочет познакомиться только с новинками — лучше пропустить первые две части и сразу перейти к чтению третьей.
Мой взгляд на описанные методы и решения в какой-то степени однобокий. Прошу читателя понимать, что я не выдвигаю свой материал за всеобъемлющий объективный труд и выражаю в нём свою точку зрения, свой опыт.
Некоторая часть текста является компромиссом между точностью и желанием объяснить “человеческим языком”, поэтому допущены упрощения, могущие “резать слух” технически подкованного читателя.
1 часть. Заземление
В этой части я расскажу о терминологии, об основных видах заземления и о качественных характеристиках заземляющих устройств.
А. Термины и определения
Б. Назначение (виды) заземления
Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Б2. Защитное заземление
Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты
Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)
Б2.3. Заземление в составе электросети
В. Качество заземления. Сопротивление заземления.
В1. Факторы, влияющие на качество заземления
В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом
В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)
В2. Существующие нормы сопротивления заземления
В3. Расчёт сопротивления заземления
А. Термины и определения
Чтобы избежать путаницы и непонимания в дальнейшем рассказе — начну с этого пункта.
Я приведу установленные определения из действующего документа “Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ)” в последней редакции (глава 1.7 в редакции седьмого издания).
Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).
Грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток. Также он являться некоторой “общей” точкой в электросхеме, относительно которой воспринимается сигнал.
Заземляющее устройство — совокупность заземлителя/ заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19).
Это устройство/ схема, состоящее из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего этот заземлитель с заземляемой частью сети, электроустановки или оборудования. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.
На рисунке оно показано толстыми красными линиями:
Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).
Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент/ электрод любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро
и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.
Конфигурация заземлителя (количество, длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий/ “стекающий” от электроустановки через эти электроды.
На рисунке он показан толстыми красными линиями:
Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).
Сопротивление заземления — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом.
Сопротивление заземления зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом (“стекание” тока) и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель (“впитывание” тока).
Заземляющий электрод (электрод заземлителя) — проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с локальной землей (ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21)
Повторюсь: в качестве проводящей части может выступать металлический (токопроводящий) элемент любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро
На рисунке они показаны толстыми красными линиями:
Далее определения, не встречающиеся или не описанные достаточно точно в стандартах и нормах, поэтому имеющие только мое описание.
Контур заземления — “народное” название заземлителя или заземляющего устройства, состоящего из нескольких заземляющих электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру/ контуру.
На рисунке объект обозначен серым квадратом в центре,
а контур заземления — толстыми красными линиями:
Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода.
Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности
прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).
Б. Назначение (виды) заземления
Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — на рабочее (функциональное) и защитное. Также в различных источниках приводятся дополнительные виды, такие как: “инструментальное”, “измерительное”, “контрольное”, “радио”.
Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ 1.7.30).
Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или оборудования, т.е. для их работы в ОБЫЧНОМ режиме.
Б2. Защитное заземление
Это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29).
Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в АВАРИЙНОМ режиме) и при разрядах молний.
Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования.
- в составе внешней молниезащитной системы в виде заземленного молниеприёмника
- в составе системы защиты от импульсного перенапряжения
- в составе электросети объекта
Б2.1. Заземление в составе молниезащиты
Молния — это разряд или другими словами «пробой», возникающий ОТ облака К земле, при накоплении в облаке заряда критической величины (относительно земли). Примерами этого явления в меньших масштабах является “пробой” (wiki) в конденсаторе и газовый разряд (wiki) в лампе.
Воздух — это среда с очень большим сопротивлением (диэлектрик), но разряд преодолевает его, т.к. обладает большой мощностью. Путь разряда проходит по участкам наименьшего сопротивления, таким как капли воды в воздухе и деревья. Этим объясняется корнеобразная структура молнии в воздухе и частое попадание молнии в деревья и здания (они имеют меньшее сопротивление, чем воздух в этом промежутке).
При попадании в крышу здания, молния продолжает свой путь к земле, также выбирая участки с наименьшим сопротивлением: мокрые стены, провода, трубы, электроприборы — таким образом представляя опасность для человека и оборудования, находящихся в этом здании.
Молниезащита предназначена для отвода разряда молнии от защищаемого здания/ объекта. Разряд молнии, идущий по пути наименьшего сопротивления попадает в металлический молниеприёмник над объектом, затем по металлическим молниеотводам, расположенным снаружи объекта (например, на стенах), спускается до грунта, где и расходится в нём (напоминаю: грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток).
Для того, чтобы сделать молниезащиту «привлекательной» для молнии, а также для исключения распространения молниевых токов от деталей молниезащиты (приёмник и отводы) внутрь объекта, её соединение с грунтом производится через заземлитель, имеющий низкое сопротивление заземления.
Заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает полный и быстрый переход молниевых токов в грунт, не допуская их распространение по объекту.
Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)
УЗИП предназначено для защиты электронного оборудования от заряда, накопленного на каком-либо участке линии/сети в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП), наведенного от рядом стоящей мощной электроустановки (или высоковольтной линии) или ЭМП, возникшего при близком (до сотен метров) разряде молнии.
Ярким примером этого явления является накопление заряда на медном кабеле домовой сети или на “пробросе” между зданиями во время грозы. В какой-то момент приборы, подключенные к этому кабелю (сетевая карта компьютера или порт коммутатора), не выдерживают «размера» накопившегося заряда и происходит электрический пробой внутри этого прибора, разрушающий его (упрощенно).
Для “стравливания” накопившегося заряда параллельно “нагрузке” на линию перед оборудованием ставит УЗИП.
Классический УЗИП представляет собой газовый разрядник (wiki), рассчитанный на определенный «порог» заряда, который меньше “запаса прочности” защищаемого оборудования. Один из электродов этого разрядника заземляется, а другой — подключается к одному из проводов линии/ кабеля.
При достижении этого порога внутри разрядника возникает разряд между электродами. В результате чего накопленный заряд сбрасывается в грунт (через заземление).
Как и в молниезащите — заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает своевременное и гарантированное возникновение разряда в УЗИПе, не допуская превышение заряда на линии выше безопасного для защищаемого оборудования уровня.
Б2.3. Заземление в составе электросети
Третий пример защитной роли заземления — это обеспечение безопасности человека и электрооборудования при поломках/ авариях.
Проще всего такая поломка описывается замыканием фазного провода электросети на корпус прибора (замыкание в блоке питания или замыкание в водонагревателе через водную среду). Человек, коснувшийся такого прибора, создаст дополнительную электрическую цепь, через которую побежит ток, вызывающий в теле повреждения внутренних органов — прежде всего нервной системы и сердца.
Для устранения таких последствий используется соединение корпусов с заземлителем (для отвода аварийных токов в грунт) и защитные автоматические устройства, за доли секунды отключающие ток при аварийной ситуации.
Например, заземление всех корпусов, шкафов и стоек телекоммуникационного оборудования.
В. Качество заземления. Сопротивление заземления.
Для корректного выполнения заземлением своих функций оно должно иметь определенные параметры/ характеристики. Одним из главных свойств, определяющих качество заземления, является сопротивление растеканию тока (сопротивление заземления), определяющее способность заземлителя (заземляющих электродов) передавать токи, поступающие на него от оборудования в грунт.
Это сопротивление имеет конечные значения и в идеальном случае представляет собой нулевую величину, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» токов (это гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение грунтом).
В1. Факторы, влияющие на качество заземления
- площадь ( S ) электрического контакта заземлителя с грунтом
- электрическое сопротивление ( R ) самого грунта, в котором находятся электроды
В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.
Чем больше будет площадь соприкосновения заземлителя с грунтом, тем больше площадь для перехода тока от этого заземлителя в грунт (тем более благоприятные условия создаются для перехода тока в грунт). Это можно сравнить с поведением автомобильного колеса на повороте. Узкая покрышка имеет небольшую площадь контакта с асфальтом и легко может начать скользить по нему, “отправив” автомобиль в занос. Широкая покрышка, да еще и немного спущенная, имеет много бОльшую площадь контакта с асфальтом, обеспечивая надежное сцепление с ним и, следовательно, надежный контроль за движением.(Пример оказался неграмотным. Спасибо SVlad — комментарий: habrahabr.ru/post/144464/#comment_4854521)
Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив количество электродов, соединив их вместе (сложив площади нескольких электродов), либо увеличив размер электродов. При применении вертикальных заземляющих электродов последний способ очень эффективен, если глубинные слои грунта имеют более низкое электрическое сопротивление, чем верхние.
В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)
Напомню: это величина, определяющая — как хорошо грунт проводит ток через себя. Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/ легче он будет “впитывать” в себя ток от заземлителя.
Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока — морская вода.
Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.
(Если интересно, можно посмотреть таблицу величин удельного сопротивления грунтов, используемых в расчётах заземляющих устройств).
Возвращаясь к первому фактору и способу уменьшения сопротивления заземления в виде увеличения глубины электрода можно сказать, что на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности. Часто встречаются грунтовые воды, которые обеспечивают грунту очень низкое сопротивление. Заземление в таких случаях получается очень качественным и надежным.
В2. Существующие нормы сопротивления заземления
Так как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.
- для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
- при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
- для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
- у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
- у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п.
- для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт:
- при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ 1.7.103)
- при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100 мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ 1.7.59)
В3. Расчёт сопротивления заземления
Для успешного проектирования заземляющего устройства, имеющего необходимое сопротивление заземления, применяются, как правило, типовые конфигурации заземлителя и базовые формулы для расчётов.
Конфигурация заземлителя обычно выбирается инженером на основании его опыта и возможности её (конфигурации) применения на конкретном объекте.
Выбор формул расчёта зависит от выбранной конфигурации заземлителя.
Сами формулы содержат в себе параметры этой конфигурации (например, количество заземляющих электродов, их длину, толщину) и параметры грунта конкретного объекта, где будет размещаться заземлитель. Например, для одиночного вертикального электрода эта формула будет такой:Точность расчёта обычно невысока и зависит опять же от грунта — на практике расхождения практических результатов встречается в почти 100% случаев. Это происходит из-за его (грунта) большой неоднородности: он изменяется не только по глубине, но и по площади — образуя трёхмерную структуру. Имеющиеся формулы расчёта параметров заземления с трудом справляются с одномерной неоднородностью грунта, а расчёт в трёхмерной структуре сопряжен с огромными вычислительными мощностями и требует крайне высокую подготовку оператора.
Кроме того, для создания точной карты грунта необходимо произвести большой объем геологических работ (например, для площади 10*10 метров необходимо сделать и проанализировать около 100 шурфов длиной до 10 метров), что вызывает значительное увеличение стоимости проекта и чаще всего не возможно.В свете вышесказанного почти всегда расчёт является обязательной, но ориентировочной мерой и обычно ведётся по принципу достижения сопротивления заземления “не более, чем”. В формулы подставляются усредненные значения удельного сопротивления грунта, либо их наибольшие величины. Это обеспечивает “запас прочности” и на практике выражается в заведомо более низких (ниже — значит лучше) значениях сопротивления заземления, чем ожидалось при проектировании.
Строительство заземлителей
При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления.
В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.
Источник https://fishkielektrika.ru/kontur-zazemleniya-chto-soboy-predstavlyaet-i-kak-on-rabotaet
Источник https://encom74.ru/zazemlenie-i-zaschitnye-mery-elektrobezopasnosti/
Источник https://habr.com/ru/post/144464/
