Заземление способ защиты от поражения тока

А. Защитное заземление

Назначение, принцип действия, область применения. 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.).

Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п.

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление — преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты — пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п.

Заземление молниезащиты — преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Принцип действия защитного заземления — снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Рассмотрим два случая. Корпус электроустановки не заземлен. В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети.

Корпус электроустановки заземлен (рис.4.2) . В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным:

(4.1)

Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае будут определяться по формулам:

(4.2)

где a ₁ — коэффициент напряжение прикосновения.

Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока R _З , можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток через тело человека.

Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю I _З практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (типа IT ) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя (рис.4.2).

Рис.4. 2 . Схема сети с изолированной нейтралью (типа IT ) и защитным заземлением электроустановки

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно (рис.4. 3).

Рис.4.3. Схема сети с заземленной нейтралью и защитным заземлением потребителя электроэнергии

Область применения защитного заземления :

• электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT);
• электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двухпроводных сетях переменного тока изолированных от земли;
• электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT);
• электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока.

Типы заземляющих устройств. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (рис. 4.4) характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным .

Рис.4. 4 . Выносное заземляющее устройство

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэффициент прикосновения a ₁ =1. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения U _пр.доп (с учетом коэффициента напряжения прикосновения, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек, a ₂ ):

где I _з – ток, стекающий в землю через заземляющее устройство; r _з – сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т. п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

• при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории;
• при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли;
• при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

Контурное заземляющее устройство (рис. 4.5) характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

Рис. 4.5. Контурное заземляющее устройство

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до таких значений, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается за счет соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории.

Источник

Что такое заземление — простыми словами для новичков объясняю технические способы защиты человека от действия электрического тока, которые работают даже при случайных авариях

Что такое заземление и почему ему стоит уделять внимание интересует тех владельцев домов, кому не безразлично здоровье и безопасность всех членов семьи.

Этой статьей я объясняю простыми словами, как оно работает и какие научные схемы разработаны для защиты людей от поражения электрическим током в различных случаях возникновения аварийных ситуаций.

Как просто представить работу заземления в бытовой проводке

Опасность электрической энергии очень хорошо помогает понять принцип работы мышеловки: проголодавшаяся мышка выходит из норки, а перед ней на специальной подставочке лежит аппетитная корочка хлеба, да еще сдобренная капелькой ароматного масла.

Подходит зверек к предложенному угощению, чуть-чуть дотрагивается до него, а скрытая сила мощной пружины моментально бьет по мышке металлической рамкой… Точно так, совершенно неожиданно, человек получает травмы от электричества.

Электрический ток всегда протекает только внутри замкнутой цепи под действием приложенного напряжения. Он направлен от потенциала большей величины к меньшему. Когда же эта цепочка разорвана, то тока нет, а риск попасть под его действие огромный.

В наших жилищах существует довольно много факторов, когда опасный потенциал, например, фазы может проникнуть на токопроводящие конструкции (корпус бытового прибора), и остаться на них потому, что дальнейшая цепь изолирована диэлектрическим слоем.

Этим свойством пользуются «шутники», не до конца представляющие последствия своих действий.

Стоит только создать контакт высокого потенциала с землей, как через нее (почва обладают высокой проводимостью) сразу протекает ток, отводящий эту энергию. Если на его пути оказывается живое существо, то судьба его не завидна.

Поэтому все токопроводящие корпуса современных бытовых приборов специально (преднамеренно) соединяют через заземляющие устройства (ЗУ). Этим достигается моментальное стекание опасного заряда через выделенный контур земли в сети с глухозаземленной нейтралью.

По цепочке РЕ проводника создается надежный электрический контакт через землю с источником напряжения главного распределительного щита (ГРЩ) на питающей подстанции.

При соединении потенциалов фазы, оказавшейся на корпусе, и земли возникает ток короткого замыкания. Его должен отключить автоматический выключатель SQ, подобранный по местным условиям.

Этот процесс называется защитным отключением. Он подробно изложен в главе 1.7 ПУЭ.

Схема заземления с глухозаземленной нейтралью используется в нашей стране на подстанциях 0,4 кВ с трехфазными генераторами. Их обмотки собраны по схеме «звезда» с общей точкой, выведенной на заземляющее устройство.

Аналогичным образом подключены потребители. За счет такого соединения обеспечивается равенство потенциалов земли и нейтрального провода.

Кроме защитной функции оно может выполнять еще и технологические задачи, связанные с нормальной работой электротехнического оборудования.

Как обыкновенный человек может попасть под действие тока в собственном жилище, на производстве и в любом другом месте: краткое пояснение физических процессов

Правила безопасности учитывают несколько вариантов развития подобных событий и предлагают технические решения для спасения от них. Это важно хорошо понимать.

Какие опасности скрыты в схеме существующей бытовой сети

Современные квартиры буквально напичканы электрическими помощниками, облегчающими наш быт. Их производители стремятся максимально обезопасить пользователей, но от них не все зависит.

Любая техника имеет ограниченный ресурс, а качество ее изготовления, складского хранения и эксплуатации не всегда соответствует техническим нормативам. Поломки возникают случайно в самых неожиданных местах.

Например, через сгоревший ТЭН с нарушенной изоляцией фаза элементарно распространяется через окружающую его водную среду в стиральной или посудомоечной машине.

Подобное повреждение диэлектрического слоя происходит довольно часто. При включении электрического прибора с нарушенной изоляцией высокий потенциал фазы переходит на токопроводящий корпус.

Стоит человеку до него дотронуться, как он попадает под напряжение, а через его тело начинает протекать опасный ток.

Его величина по закону Ома ограничивается только общим сопротивлением участка цепи, которое носит случайный характер. Сила протекающего тока может иметь значения от десятых долей ампера и значительно больше. Исход получения электротравмы предсказуем.

Если же корпус бытового прибора надежно заземлен, то картина протекания тока через человека резко меняется.

Сопротивление заземляющего контура строго регламентируется и поддерживается на безопасном пределе. За счет этого потенциал фазы стекает с корпуса. Когда к нему дотронется человек, то создаваемая нагрузка через его тело своей силой не сможет причинить большого вреда организму.

А чтобы его еще уменьшить в схему вводятся:

• автоматические выключатели, реагирующие даже на перегруз, а не только короткие замыкания;
• дифференциальные автоматы и УЗО, срабатывающие от утечек.

Однако в этом вопросе тоже не все так просто, ибо даже правильно настроенный автомат может банально не сработать из-за того, что при его выборе не учтено сопротивление петли фаза ноль. Таких случаев встречается много: проводка выгорает (возможно и здание), а защита не отрабатывает.

По этой причине включение УЗО в схему обязательно: оно отработает от возникшей утечки.

Как можно получить удар током от случайных источников напряжения

Жилые и производственные помещения содержат в своей конструкции не только закрытое изоляцией электрическое оборудование, но и массу технических систем (водопроводы, газопроводы, антенны, воздуховоды, арматура стен, рельсы и шахты лифтов…) выполненных из стальных или иных токопроводящих материалов.

В силу различных обстоятельств на них может быть подано напряжение (удар молнии, пробой изоляции бытовой сети, ошибки электриков или домашних мастеров…).

Когда человек прикоснётся к такому предмету, то через него может потечь опасный разряд.

Его величина не предсказуема, зависит от многих случайных факторов, но она весьма опасна для жизни.

Поэтому все токопроводящие магистрали, даже не относящиеся к электрической схеме, подключаются к контуру заземления здания. Такое их соединение называется ОСУП — основная система уравнивания потенциалов. Она призвана надежно отводить случайно появляющийся опасный потенциал из зоны обитания людей.

В многоэтажных зданиях современного панельного или монолитного строительства подобные технические системы, например, трубопроводы различного назначения имеют большую протяженность, достигая нескольких сотен метров.

Если через них станет проходить ток большого разряда, то на такой длине, имеющей увеличенное сопротивление, возникает падение напряжения. Оно тоже опасно для людей, поэтому подлежит снижению.

С этой целью во всех квартирах все токопроводящие части, не относящиеся к электрической схеме (трубы, краны, батареи, даже акрилловые ванны, собирающие статическое электричество), тоже подлежат подключению к контуру заземляющего устройства здания.

Такое соединение называется ДСУП или дополнительная система уравнивания потенциалов.

Здесь тоже важно использовать защиты типа УЗО или дифавтоматы.

А как работает заземляющая конструкция в этих ситуациях я рассказываю дальше.

Каким 4 главным требованиям должно отвечать любое заземление

1. Защитное заземляющее устройство создается для эффективного отвода опасных потенциалов на контур земли, случайно проникающих на токопроводящие конструкции, не предназначенные для работы в составе электрической схемы.

2. ЗУ должно надежно соединять все составные части электроустановки, включая конструкции открывающихся металлических дверок шкафов и щитов. Обычно для этого используют гибкие медные проводники с оболочкой желто-зеленого цвета.

3. Общее сопротивление электрических контактов системы заземления регламентировано пунктом 1.7.103. ПУЭ. Оно не должно быть выше, чем 4÷30 Ом.

Этим достигается надежность протекания аварийных токов на глухозаземленную нейтраль генератора в сети 220 вольт.

4. На этапе строительства необходимо предусматривать равномерность распределения нагрузок за счет монтажа системы выравнивания потенциалов.

Полезная информация

Во многих ситуациях вопрос обеспечения безопасности электроустановки можно решить не только за счет установки ЗУ, но и переводом сети электроснабжения со схемы с глухозаземленной нейтрали на изолированную простым подключением к разделительному трансформатору.

Этот способ широко применяется на всем медицинском оборудовании, а разделительные трансформаторы имеются в продаже.

4 основных системы заземления жилых зданий

Электрическая связь потребителей с глухозазмеленной нейтралью подстанции может выполняться разными способами. При этом цепочка прохождения аварийных токов претерпевает изменения, что сказывается в конечном счете на безопасности людей.

Кратко разберем четыре наиболее распространенные электрические схемы.

Самая старая система заземления TN-C

От трансформаторной подстанции 0,4 кВ к потребителям по кабельной линии подводятся три потенциала фаз звезды и общая нейтраль, заземленная на стороне генератора. На стороне потребителя смонтировано повторное заземление.

Нейтраль используется для совмещенной передачи как рабочих нагрузок, так и аварийных токов.

Корпуса электрических приборов не заземляются. При пробое изоляции высокий потенциал напряжения проникает на корпус, а прикоснувшийся к нему человек попадает под действие тока.

Это наиболее опасная схема. Для снижения рисков при работе со сложным электротехническим оборудованием в ней раньше применялось зануление.

Суть этого технического мероприятия состоит в том, что корпус прибора, а чаще всего это были инструменты типа электродрели, преднамеренно до начала работы подключался к нулевому проводу.

Когда происходил пробой изоляции, то фаза попадала на корпус. Сразу в сети питания возникало короткое замыкание. Его должен был отключить автоматический выключатель. За счет его срабатывания выполнялась защита работника.

• для обеспечения защитной функции работнику необходимо точно выполнить ряд организационных и технических мероприятий;
• ток возможного КЗ следует надежно отгородить от тела работника, что требует обязательного использования диэлектрических перчаток и обуви, а также защиты глаз;
• в случае зануления стационарно установленного электроприбора нельзя путать местами ноль с фазой, что часто допускают даже электрики. В такой ситуации опасный потенциал автоматически попадает на открытый корпус, резко увеличивая риск получения электротравмы.

Использование зануления в быту может быть выполнено простым соединением нулевого и заземляющего контактов в розетке. Но делать это нельзя потому, что вместо повышения безопасности можно создать массу неприятностей не только себе, но и окружающим людям.

Схема TN-C дорабатывает свой срок на старом оборудовании прошлого века, а во вновь монтируемом уже не монтируется.

Самая безопасная система заземления TN-S

Здесь в кабельную линию дополнительно подключается пятая жила за счет деления нейтрали на две отдельные магистрали, предназначенные для протекания:

• рабочих нагрузок по N проводу;
• аварийных токов по PE проводнику.

К магистрали РЕ проводника предъявляются очень жесткие требования по монтажу и эксплуатации. Внутри него, в отличие от рабочего нуля, запрещено устанавливать любые коммутационные аппараты.

За счет этого он имеет минимально возможное электрическое сопротивление, по которому отводятся токи аварийных режимов.

Единственный недостаток этой схемы — повышенные материальные затраты на дорогие кабельные линии.

Современная модификация системы заземления TN-C-S

Поскольку оперативно перевести все здания страны со старой схемы TN-C на новую TN-S практически невозможно, да и очень затратно, то сейчас разработан и реализуется проект TN-C-S.

В нем от ТП 0,4 кВ идет старый кабель с четырьмя жилами. Внутри вводного силового щита монтируется главная защитная шина (ГЗШ), которая подключается на контур повторного ЗУ.

PEN проводник, приходящий от трансформаторной подстанции, на ГЗШ расщепляется на два потока:

В этой схеме для отвода аварийных токов внутри здания работает уже отдельный РЕ проводник. За счет его использования безопасность пользования электрическими приборами значительно повышается.

Любые самостоятельные эксперименты по подключению своих электроприборов к самодельным контурам ЗУ владельцами квартир многоэтажных зданий неуместны. Причин для этого очень много, а использовать уже заземленные трубопроводы и металлоконструкции — опасно.

Они, благодаря неумелым действиям, в большинстве случаев только повышают риски поражения людей электрическим током.

Эффективная система заземления TT для частных зданий, питаемых воздушными линиями электропередач

Воздушные ЛЭП массово распространены в сельской местности. Они монтируются по старой четырехпроводной схеме.

Владельцы частных домов могут значительно повысить свою безопасность за счет создания дополнительного контура ЗУ и подключения к нему РЕ проводниками токопроводящих корпусов всех бытовых приборов.

Эту работу можно выполнять самостоятельно.

2 типа устройств заземления, разработанные по научным рекомендациям для частного дома

Домашние мастера, начитавшись упрощенных рекомендаций в интернете, часто допускают серьезные ошибки при монтаже контура ЗУ своими руками. Важно понимать, что надежно обеспечить электрическую безопасность жилища могут только конструкции, отвечающие требованиям научных разработок.

Для самостоятельного изготовления контура необходимо выполнить требования ПУЭ, изложенные в главе 1.7.

Потребуется рассчитать его размеры и заглубление конкретно под ваши условия местности, исходя из круглогодичного состояния сопротивления почвы и ряда других факторов. Им нельзя придавать какие-то усредненные значения.

После монтажа контура потребуется выполнить контрольные замеры и при необходимости внести коррективы в конструкцию. Возможно, придется доставлять дополнительный электрод.

Однако этот процесс можно значительно упростить. Современная промышленность выпускает модульное штыревое заземление, продаваемое готовым для сборки комплектом.

Его монтаж на большую глубину выполняется относительно просто за счет применения специальных мощных перфораторов.

Штыревое заземление монтируется довольно быстро, но его приобретение обходится дороже.

Обе технологии сборки этих ЗУ у меня расписаны отдельной статьей на блоге. Приглашаю ознакомиться.

Почему заземляющее устройство не всегда работает эффективно и как повысить электрическую безопасность жилого дома

Если анализировать рабочие режимы ЗУ, то здесь обычно проблем не возникает, да и вопрос этот домашнего мастера практически не касается. Поэтому чуть подробнее рассмотрим работу заземления при аварийных ситуациях, когда по ним стекают огромные токи КЗ либо других повреждений.

Нас должно интересовать поведение ЗУ при:

• ударе молнии в дом, питающую линию электропередачи или просто в близкорасположенный грунт;
• возникновении токов утечек через поврежденную изоляцию бытового прибора;
• обрыве рабочего нуля.

Как заземление защищает здание от удара молнии

В системе молниезащиты здания мощный разряд молнии бьет по молниеприемнику и переходит на молниетвод, а затем стекает через заземляющее устройство на потенциал земли минуя здание.

Все эти три элемента работают последовательно. Причём каждое из них должно надежно передавать огромные мощности энергии, при этом остаться целым, не сгореть. Иначе молния пройдет на дом.

Однако следует учесть еще один момент: удар атмосферного электричества может прийтись не только на молниеприемник, но и на:

1. питающую воздушную ЛЭП;
2. близкорасположенные деревья или строения;
3. почву.

Во всех этих ситуациях на вводе здания окажется импульс перенапряжения порядка 6 кВ. Он может причинить много бед. Поэтому его постепенно снижают в трех зонах здания различными классами модульных УЗИП — устройствами защиты от импульсного перенапряжения.

В ограничении импульса перенапряжения качество монтажа заземления играет далеко не последнюю роль.

Какая роль отведена заземляющему устройству в защитах с УЗО и дифавтоматами

Орган сравнения фаз устройства защитного отключения постоянно вычисляет момент возникновения тока утечки.

Когда потенциал фазы прошел на корпус бытового прибора, подключенного к заземлению, то возникшую утечку сразу же почувствует УЗО и снимет питание с поврежденного оборудования.

Если же корпус изолирован от земли, а на нем присутствует опасный потенциал, то никакой утечки просто не будет — тогда УЗО не сработает. В этой ситуации человек может создать путь тока через свое тело. Только в этом случае защита отключит питание.

Вот таким образом способы подключения УЗО и заземляющего контура влияют на безопасность человека:

• в первом случае удар током вообще исключен (системы заземления TN-S, TN-C-S, TT);
• во втором (TN-C) —пострадавший попадает под действие тока на время, необходимое защите для вычисления утечки и оперативного снятия питания.

Таким образом ЗУ повышает защитные функции модулей, работающих с органом сравнения фаз.

Роль заземления в ограничении высокочастотных помех современных электронных устройств

Компьютеры, микроволновки и другая
бытовая техника с импульсными блоками питания предназначены для надежной работы в трехпроводной схеме с заземляющим РЕ проводником.

Если их подключить к обычной двухпроводной схеме, которая до сих пор распространена в наших старых домах, то относительно их корпуса и земли, например, близкорасположенного водопроводного крана или батареи отопления, можно замерить 110 вольт.

Объясняется это конструкцией фильтров, предназначенных для подавления высокочастотных помех.

Заземляющий контакт их вилки питания через шнур надежно соединен с металлическим корпусом, а последний через конденсаторы фильтра связан с потенциалами рабочего нуля и фазы.

За счет образованного таким образом емкостного делителя на корпусе присутствует половина фазного напряжения сети. Однако в трехпроводной схеме этот потенциал надежно отводится по PE проводнику на контур здания, что обеспечивает безопасность пользования прибором.

Поэтому исключайте такую возможность хотя бы отодвиганием подальше подобной техники от заземленных конструкций.

Чем опасен обрыв нуля в трехфазной схеме TN-C

Это еще один случай, когда электрики энергоснабжающей организации могут доставить большие неприятности своим потребителям. Он характерен не только для сети TN-C, но и TN-C-S.

Более детально этот вопрос раскрыт статьей про формулу электрического напряжения. Нас в этой ситуации может спасти только реле РКН. Без его использования могут погореть холодильники, микроволновки и другая дорогая техника.

Это еще одна веская причина для перехода на современную систему заземления TN-S с более безопасной схемой подключения заземляющего устройства.

Заканчивая статью рекомендую посмотреть видеоролик владельца Алекс Жук «Что такое заземление», где он простыми словами показывает его роль при ликвидации аварийных процессов.

Напоминаю, что сейчас вам удобно прокомментировать статью или задать вопрос для его выяснения.

Источник