Защитное заземление. Требования предъявляемые к защитному заземлению

Организация защитного заземления на стороне потребителя относится к обязательным процедурам, регламентируемым действующими нормативными актами и государственными стандартами (ГОСТ). Основные документы, определяющие порядок производимых при этом работ и содержащие основные требования к заземлению – это Правила устройства электроустановок (ПУЭ) и ПТЭЭП. Соответствующими положениями этих правил также оговариваются условия организации и проведения ТО заземляющих систем (включая их электрические испытания).

Требования к заземляющим устройствам (ЗУ)

Согласно требованиям нормативов любые действующие электроустановки должны защищаться специальным заземляющим контуром (ЗК), в состав которого входит такая обязательная составляющая, как заземлитель.

Последний представляет собой сборную конструкцию из металлических элементов, обеспечивающих надёжный контакт с землёй и способствующих растеканию тока в неё.

Это сооружение (часть заземления), как правило, изготавливается из отдельных токопроводящих элементов (металлических прутьев, трубных заготовок или стандартных профилей), погружаемых в грунт на определённую глубину.

Правилами обустройства таких конструкций предполагается, что для их изготовления могут применяться только сталь или медь, но никак не алюминий или другие металлы.

Этими же правилами оговариваются и возможные варианты конструкций заземлителя, а также устанавливается соответствие их показателям, нормируемым по ПУЭ.

Условия для качественного подключения

Для обустройства качественного заземляющего контура в квартире городского дома, в первую очередь, необходимо полностью заменить старую проводку трёхжильным кабелем, в котором фазная и нулевая рабочие жилы дополнены заземляющей шиной PE.

Лишь при наличии такого отдельного провода можно будет организовать цепь стекания аварийного тока с корпуса повреждённого прибора через контур заземления в грунт.

При замене проводки в квартире не пытайтесь сэкономить на расходном материале и выбирайте качественный медный трёхжильный кабель нужного сечения (марки NUM или ВВГ, например).

Далее, следует собрать команду заинтересованных жильцов подъезда, желающих подключать квартиры к коллективному заземлителю и, в случае необходимости, – получить разрешение от ЖКО на обустройство заземления.

Расположить контур лучше всего с тыльной стороны дома (не с фасадной его части). Для разводки заземляющей жилы по квартирам и её подключения на стороне потребителя применяется медная шина с сечением не менее чем у проводника PEN, входящего в состав подводимого к дому кабеля.

На рисунке, приводимом выше, можно увидеть, как организуется заземление посредством соединения жилы PE электропроводки с элементами заземлителя, который в данной ситуации выполняет функцию повторного заземления.

Сопротивление

Одним из основных показателей эффективности работы заземления является электрическое сопротивление всей системы в целом, которое согласно пункту 7.1.101 ПУЭ (издание седьмое от 2016 года) не должно превышать следующих значений:

• для трансформаторных подстанций 6-35 киловольт и питающих генераторов – не более чем 4 Ома;
• для жилых объектов с питающими напряжениями 220 или 380 Вольт – не более 30-ти Ом.

Сопротивление заземления может регулироваться специальными методами, предполагающими выполнение следующих операций:

• увеличение эффективной площади соприкосновения металлоконструкции с почвой за счёт включения в её состав требуемого количества дополнительных элементов;
• повышение удельной проводимости в зоне размещения контура заземления путём добавления в грунт растворённых в воде соляных составов;
• сокращение длины участков трасс, по которым заземляющие проводники прокладываются от защищаемого оборудования и распределительного шкафа с ГЗШ в сторону ЗУ.

Помимо этого защитные свойства системы заземления зависят и от характеристик грунта в месте обустройства заземлителя.

Технические требования к организации заземления электроустановок

УЗ используют для защиты людей и оборудования от разрушительного действия электрического тока. Безопасность обеспечивается путем соединения защищаемых корпусов электроустановок с землей. Работы по организации заземляющих сетей регламентируются положениями ГОСТ 12.1.030-81, согласно которым защитное заземление электроустановки следует выполнять при следующих параметрах:

• при значениях номинального напряжения 380 B и более переменного тока и более 440 B и более постоянного тока – при любых значениях;
• при значениях номинального напряжения 42-380 B переменного тока 110-440 B. Для работ связанных с повышенной опасностью.

Правильно организованная система заземления электроустановок способна нейтрализовать избыточный потенциал любой мощности и защитить людей, оборудование и здания от воздействия электрического тока будь то скачки, вызванные включением или отключением силового оборудования или грозовое воздействие.

Принцип работы основан на разнице сопротивлений человеческого тела и УЗ. Избыточный потенциал отводится в направлении меньшего показателя, т. е. в сторону защитного контура.

Выбор естественных заземлителей

Согласно правилам устройства электроустановок, их корпуса должны быть подключены к искусственным или естественным заземлителям. В качестве естественных используют следующие металлические объекты:

• каркасы подземных металлоконструкций, имеющие непосредственный контакт с грунтом;
• защитные кожухи кабелей, проложенных под землей;
• металлические трубы, за исключением газо- и нефтепроводов;
• железнодорожные рельсы.

Контакт объекта с естественным заземлителем должен осуществляться минимум в двух местах. Преимущества этого метода в простоте, эффективности и сокращении затрат на организацию системы электробезопасности.

Нельзя выбирать в качестве естественных заземлителей следующие объекты:

• трубопроводы горючих и взрывчатых газов и жидкостей;
• трубы, покрытые антикоррозийной изоляцией;
• канализационные трубопроводы;
• трубы централизованного отопления.

Сопротивление стеканию тока

Заземление работает по следующему принципу: ток, стекающий в землю через место замыкания, проходит вначале на корпус электроустановки и с него через УЗ в грунт. Очевидно, что при организации сетей заземления до 1000 Вольт, важно создать цепочку, обеспечивающую стекание избыточного заряда в землю.

Значения сопротивления заземления для сетей различного назначения:

Чтобы получить показатели сопротивления, установленные нормативами, следует придерживаться типовых процедур:

• Увеличить площадь соприкосновения деталей заземляющего устройства с грунтом.
• Обеспечить качественный контакт между элементами устройства и соединительными шинами.
• Усилить проводимости почвы увлажнением или повышением ее солености.

Для контроля за соответствием сопротивления предписанным нормам следует проверять его уровень не реже одного раза в шесть лет.

Работа УЗ при нарушении защитной изоляции электрооборудования

Нарушение целостности защитной изоляции нередко приводит к замыканию фазы на корпус. Дальнейшее развитие событий зависит от качества системы электробезопасности. Возможны следующие варианты:

1. Заземление отсутствует, устройство защитного отключения не установлено. Самая неблагоприятная ситуация. При прикосновении к корпусу ощущается сильный удар.
2. Корпус подключен к системе заземления, УЗО отсутствует. Если ток утечки будет велик, сработает автомат и отключит питающую линию или цепочку. Этот вариант может привести к накоплению избыточного потенциала на корпусе, если сопротивление переходов и номинал предохранителей будут велики. Такая ситуация опасна для людей.
3. Заземление отсутствует, устройство защитного отключения установлено. Ток утечки вызовет срабатывание УЗО и человек успеет ощутить только слабый удар током.
4. Корпус подключен к заземлению, УЗО установлено – наиболее надежный вариант, обеспечивающий защиту людей и техники благодаря тому, что защитные устройства дополняют и отчасти дублируют друг друга. При замыкании фазы на корпус, избыточный потенциал стекает через систему заземления. Одновременно устройство защитного отключения реагирует на утечку и отключает подачу тока, исключая возможность поражения током людей. Если ток утечки значительно превышает возможности УЗО, может сработать автомат и продублировать его функцию.

Свойства грунта

Ещё одним показателем эффективности работы заземления является величина тока стекания в грунт, которая также закладывается в нормативные ограничения, оговариваемые соответствующими пунктами ПУЭ. Значения этого параметра определяются составом почвы в месте расположения заземлителя, а также зависят от её влажности и температуры.

Практически установлено, что оптимальные условия, обеспечивающие эффективное распределение токов стекания и позволяющие упростить размещаемую в земле конструкцию заземления, создаются в особых грунтах.

Это почвы, содержащие глину, суглинок или торфяные составляющие. При наличии указанных компонентов и высокой влажности почвы условия для растекания тока в месте обустройства заземлителя считаются идеальными.

Заземляющие системы (ЗС)

Согласно основным положениям ПУЭ, заземление электроустановок и рабочего оборудования может быть организовано несколькими способами, зависящими от схемы включения нейтрали на трансформаторной подстанции.

По этому признаку различают несколько видов систем заземления, обозначаемых в соответствии с общепринятыми правилами. В основу их классификации заложено сочетание латинских значков «T» и «N», что означает заземлённую на подстанции нейтраль трансформатора.

Добавляемые к этому обозначению буквы «S» и «C» являются сокращениями от английских слов «common» – общая прокладка и «select» – раздельная. Они указывают на способ организации заземляющего проводника на всём протяжении питающей линии от подстанции до потребителя (в первом случае – совмещённый PEN, а во втором – раздельные PE и N).

Объединённое через дефис «C-S» означает, что на некоторой части трассы заземляющий проводник совмещён с рабочим «нулём», а на оставшемся её участке они прокладываются раздельно.

Зачем заземлять

Известно, что в домах старой застройки питание стояков организуется с использованием системы заземления типа «TN – C».

Указанная схема реализуется таким образом, что от подстанции к вводному устройству подходит кабель, состоящий только из 4-х жил, а именно: три фазные L1, L2, L3 и совмещенный проводник PEN. При этом если контур заземления в доме отсутствует, то электрические щитки квартир оказываются без местного (повторного) заземления.

Единственный путь, по которому «земля» может попасть к потребителю в квартиры – это от подстанции через проводник PEN.

Некоторые электрики ошибочно полагают, что для обустройства заземления в этой ситуации достаточно подключить к корпусу вводного щитка защитный провод PE, совмещённый с рабочим N. Однако такое подключение в квартире не только не решает поставленной задачи, но и является крайне опасным!

При повреждении или отгорании провода PEN (что случается довольно часто) фазное напряжение по цепи нагрузки попадает на все нулевые провода N.

И если эти последние электрически связаны на корпусе щитка с защитным проводником, то на всех подключенных к ним корпусах приборов в квартире, появится напряжение 220 Вольт. Вот почему следует хорошенько подумать, прежде чем следовать совету недальновидных электриков.

Единственно верным решением в данной ситуации является обустройство собственного отдельного контура заземления. Для многих жильцов панельных домов из квартир первого этажа этот вариант вполне доступен и довольно часто реализуется на практике.

Под окнами в землю забивается несколько металлических прутьев, которые затем обвязываются по контуру и соединяются медной шиной с проводником РЕ, проложенным по квартире совместно с двумя другими (фаза и нуль).

Для мобильного оборудования

Существуют и другие системы организации защитного заземления оборудования (TT и IT, например), использующие нейтральный проводник в качестве «нулевого» и предполагающие обустройство повторного ЗУ на стороне потребителя.

В первом случае нейтраль на подстанции глухо заземлена, а во втором – вообще никуда не подсоединяется. Эти варианты включения нейтрали используются редко и лишь в тех случаях, когда требуется сделать повторное заземление мобильных электроустановок (при условии что на стороне генератора сделать это очень сложно).

Согласно ГОСТ 16556-81 для передвижного электрооборудования используется рассмотренная выше система IT, при реализации которой на стороне потребителя организуется повторное заземление. Этим стандартом оговариваются технические характеристики и параметры ЗУ, которое временно устраивается в зоне предстоящих работ.

Заземление цехового оборудования

Согласно правилам устройства электроустановок до 1000 Вольт, их классифицируют по виду заземляемых устройств:

• Для типового станочного оборудования.
• Для электродвигателей и сварочных аппаратов.
• Для передвижных установок и эксплуатируемых электроприборов.

Заземление типового станочного оборудования

Для заземления цехового оборудования используют контур системы уравнивания потенциалов (далее СУП).

Система уравнивания потенциалов – это элемент устройства заземления, представляющий из себя контур из проводящих элементов для подключения корпусов оборудования с целью достижения равенства потенциалов.

Важно уделить внимание следующим техническим вопросам:

• Определить расположение контура СУП в рабочей зоне.
• Рассчитать толщину шины, используемой для соединения корпуса станка с УЗ.
• Определить место наложения стационарного заземления.
• Выяснить какие устройства используются для защиты опасных частей оборудования.

Контроль этих вопросов – обязанность цехового электрика, владеющего информацией о структуре и расположении элементов системы заземления и порядке подсоединения к ней корпусов станков, в том числе предписанном конструкцией станка расположении точки подключения заземляющей шины.

Заземление электродвигателей

Согласно нормам, заземление электродвигателей также является обязательным, кроме случаев, когда оборудование устанавливается на металлический пьедестал, имеющий контакт с грунтом. В остальных случаях необходимо соединить корпус с системой заземления при помощи медной жилы. Правилами указывается, что контакт с заземлением должно быть прямым у каждого электродвигателя и последовательное подключение нескольких устройств через заземляющую цепочку недопустим, поскольку обрыв линии приводит к потере контакта сразу всех электродвигателей.

Для грамотного подключения заземления необходимо предусмотреть на подводящем силовом кабеле 380 Вольт дополнительную шину, одним концом подключенную клемме заземления в распредкоробке двигателя, а вторым – к корпусу силового шкафа. При этом важно соблюсти последовательность подключения и соединить с системой заземления вначале электрический щиток. Важно также обеспечить соответствие диаметра сечения проводников установленным нормам.

Заземление сварочных аппаратов

Правила устройства электроустановок регламентируют также порядок заземления сварочных аппаратов. Заземление корпусов оборудования в данном случае является обязательным. Кроме корпуса заземляться должна и трансформаторная вторичная обмотка через один из выводов. Другой используется для подключения держателя электродов.

Возле заземляемого вывода на корпусе расположен соответствующий знак и приспособление для фиксации шины, соединяющей его с защитным контуром. Переходное сопротивление защитного контура или устройства не должно быть выше 10 Ом.

Для повышения электропроводимости системы заземления следует увеличить контактную площадь соединений, в том числе площадь соприкосновения с землей. Подключение к ЗУ должно быть индивидуальным у каждого сварочного аппарата и не должно осуществляться через заземляющую цепочку, поскольку в случае обрыва контакт с УЗ будет потерян сразу всеми аппаратами.

Защита передвижных установок

Особое внимание стоит уделить заземлению передвижных установок. Для защиты передвижных установок используют заземлители для передвижных установок ГОСТ 16556-02016. Поскольку особенности их эксплуатации затрудняют выполнение требований по обеспечению показателей переходного сопротивления, поэтому правилами устройства электроустановок допускается повышение показателя до 25Ом. Это относится только к установкам, снабженным автономным питанием и имеющим изолированную нейтраль.

Этот вид УЗ может применяется для установок с пониженным искрообразованием, не являющихся источниками питания для иного оборудования, а также для передвижных агрегатов, имеющих собственные заземлители, не задействованные в данный момент.

Передвижные установки, оснащенные автономным питанием, требуют регулярного освидетельствования на наличие повреждений защитной оболочки, поскольку имеют изолированную нейтраль и повышенный риск образования трущихся сочленений.

Защита электроприборов

При работе с электроприборами разных типов можно ориентироваться на стандартные правила обеспечения безопасности:

• Защитить открытые токоведущие части.
• Нарастить защитную изоляцию.
• Использовать специальные приспособления для ограничения доступа к корпусам оборудования.
• Если позволяет конструкция, можно как меру использовать понижение напряжения.

Во избежание пробоев изоляции и попадания фазы на корпус электроприбора эффективными являются традиционные методы:

• Наличие системы заземления.
• Система уравнивания потенциалов.
• Усиление изоляции токоведущих частей.
• В некоторых случаях как меру безопасности при работе с электрооборудованием можно использовать ограничение доступа в помещения, представляющие потенциальную опасность за счет повышенной влажности, запыленности и т.п.

Важно учесть, если помимо заземления используются другие методы защиты людей – они не должны быть взаимоисключающими и снижать эффективность друг друга.

Задействовать естественные заземлители для обеспечения защиты возможно только при отсутствии вероятности повреждения подземных конструкций, в случае протекания по ним аварийного тока.

Знаковая и цветовая маркировка элементов ЗС

В соответствии с требованиями ГОСТа Р 50462 проводники и шины электросетей с заземленной нейтралью должны обозначаться маркировкой «РЕ» с добавлением штриховой линии из перемежающихся жёлтых и зелёных полосок на концевых участках трассы. Одновременно с этим шины рабочего «нуля» обозначаются голубым цветом и маркируются как «N».

В тех схемах, где нулевые рабочие проводники используются в качестве элемента защитного заземления с подключением на заземляющее устройство, при их обозначении используется голубой цвет.

Одновременно с этим им присваивается маркировка «PEN» и добавляются чередующиеся желтые и зеленые штрихи на конечных участках схемных обозначений.

Необходимо отметить, что строгое соблюдение всех положений и требований ГОСТа и ПУЭ позволит потребителю организовать безопасную эксплуатацию имеющегося в его распоряжении оборудования.

Защита с помощью заземления и зануления

Для обеспечения электробезопасности людей нередко используют комбинированный метод заземления и зануления электрооборудования. Зануление обеспечивается соединением защитных корпусов с нейтралью подводящей силовой линии. Это позволяет преобразовать сетевое напряжение, попавшее на корпус установки, в однофазное короткое замыкание. И заземление и зануление выполняют защитную функцию, но разными методами.

При заземлении для обеспечения снижения избыточного потенциала используется дополнительное устройство. Для работы системы зануления достаточно соединить корпус электроустановки с нейтралью питающей сети.

При работе в потенциально опасных помещениях использование одного из описанных методов является обязательным. Ответственные сотрудники должны четко понимать отличие одного способа защиты от другого и знать каким должен быть контур заземления у каждого вида оборудования.