Заземление в понимании обычных людей — это вбитый в толщу грунта штырь или группа металлических уголков (контур). Для чего он вбивается? Наверняка все знают, что для защиты путем его соединения с корпусами электроприборов, на которых может появится фаза в аварийной ситуации. А далее познания у многих смешиваются в картину, созданную из обрывков цитат и неверных интерпретаций.
Тема заземления очень важная и обширная. Поэтому для понимания того, как работает заземление, постараемся рассмотреть все процессы наглядно с объяснением простыми для понимания обычных людей (не электриков) словами.
Заземление защитное и другие меры при косвенном прикосновении
В правилах защиты электроустановок написано, что для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:
- Защитное заземление.
- Автоматическое отключение питания.
- Уравнивание потенциалов.
- Выравнивание потенциалов.
- Двойная или усиленная изоляция.
- Сверхнизкое (малое) напряжение.
- Защитное электрическое разделение цепей.
- Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.
Как видим, есть такое понятие, как защитное заземление при косвенном прикосновении. Остальные меры защиты, кроме автоматического отключения питания, в данной теме нас не интересуют. А помимо защитного заземления, есть и рабочее заземление.
Поэтому на данном этапе определимся с терминологией:
- Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
- Защитное заземление — заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
- Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).
- Косвенное прикосновение — электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.
Нас больше интересует электробезопасность. Поэтому говоря о том, как работает заземление, мы будем рассматривать защитное заземление в паре с автоматическим отключением питания. Но нужно понимать что заземление помимо защитного бывает и рабочим.
Принцип расчета сопротивления заземлителей
Способов расчета характеристик основных заземляющих элементов достаточно много, но основной параметр у таких вычислений один — показатель сопротивления. Оптимальное его значение определяется посредством данных нормативной регламентации ПУЭ. Реализовать надежное защитное заземление объекта невозможно без расчета сопротивления его основных элементов.
К примеру, необходимо определить сопротивление заземления для электрооборудования напряжением свыше 1 кВт, с изолированной нейтралью. В соответствии с профильными данными документации ПУЭ 1.7.96, необходимо воспользоваться формулой R≤250/I, где:
Заземление и закон Ома
Электричество (электрический ток) — это направленное движение электрически заряженных частиц. Для электричества нужен источник питания и замкнутая цепь. В нашем случае будем рассматривать распределительный трансформатор. Он дает проводам напряжение. Напряжение — это разность электрических потенциалов. Разность потенциалов может быть как минимум между двумя точками. И в бытовой электрической сети разность потенциалов между фазой и нейтралью (нулевой рабочий проводник) 220 Вольт. Фаза имеет потенциал 220 В, а нулевой провод имеет потенциал 0 относительно источника питания и фазного провода.
Итак, мы выделили напряжение, фазный и нулевой проводник. С этими понятиями наверно знаком каждый. Нам осталось только рассмотреть сопротивление и силу тока. Сила тока — это величина, равная отношению количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к времени его прохождения. Измеряется в Амперах. Вспомним закон Ома:
| Сила тока в участке цепи прямо пропорционально напряжению на концах этого участка и обратно пропорционально сопротивлению этого участка. | |
| I = U / R, где I — сила тока; U — напряжение; R — сопротивление. |
Так как сопротивления самих проводов имеют малые значения, то если соединить фазу с нулем, то в цепи сила тока будет очень большой и получится короткое замыкание. А подключая в розетку лампочки и иные бытовые приборы такого замыкания не происходит. Бытовые приборы имеют большие значения сопротивлений и не вызывают в цепи появления больших токов короткого замыкания.
Приложение: проект в форматах DWG и PDF
Файлы в форматах DWG и PDF доступны для скачивания только авторизованным пользователям.
Вам требуется выполнить проект по заземлению и молниезащите? Закажите его, обратившись в Технический центр ZANDZ.ru!
Остались вопросы по данному расчету? Задайте его в комментарии к этой странице!
Как работает заземление в частном доме (система TT)
Теперь перейдем непосредственно к рассмотрению темы заземления на примере частного дома имеющего заземление электрооборудования по системе TT. От распределительного трансформатора по столбам к каждому дому заходит однофазное питание 220 Вольт — фаза и нейтраль (рабочий нулевой провод). Помимо того, что нейтраль имеет нулевой потенциал, на распределительной подстанции она соединена через контур заземления с контуром заземления нашего дома. Объясним это простыми словами. Мы знаем, что земля это проводник, но не идеальный. В зависимости от грунта удельные сопротивления могут отличатся:
| Удельное сопротивление грунтов | |
| Вид грунта | Удельное сопротивление, Ом/м |
| Глина | 50 |
| Известняк плотный | 1000 — 5000 |
| Известняк рыхлый | 500 — 1000 |
| Известняк мягкий | 100 — 300 |
| Гранит и песчаник в зависимости от выветривания | 1500 — 10000 |
| Гранит и песчаник выветренные | 100 — 600 |
| Гумусный слой | 10 — 150 |
| Илистые грунты | 20 — 100 |
| Мергели юрского периода | 30 — 40 |
| Мергели и плотная глина | 100 — 200 |
| Слюдистые сланцы | 800 |
| Глинистый песок | 50 — 500 |
| Кремнистый песок | 200 — 3000 |
| Слоистые сланцевые грунты | 50 — 300 |
| Голый каменистый грунт | 1500 — 3000 |
| Каменистый грунт, покрытый травой | 300 — 500 |
| Заболоченные грунты | От нескольких единиц до 30 |
| Влажные торфянистые грунты | 5-100 |
Представим, что где-то в глубине, в каком-то слое находится условный проводник с сопротивлением близким к нулю. Делая контур заземления на подстанции мы снижаем сопротивление от нуля трансформатора к этому проводнику.
Аналогично с помощью контура заземления в доме (система заземления TT) мы снижаем сопротивление через землю к данному условному проводящему слою. И при пробое фазы на наше заземление образуется замкнутая цепь. Зачем это нужно? Для защиты от поражения током, например, в случае пробоя фазы на корпус заземленного бытового прибора. И для наглядности и понимания смоделируем несколько ситуаций при помощи программы Electronics Workbench.
Сопоставьте приведенную схему с предыдущей иллюстрацией:
| Слева на право. 2 Ом — заземление нейтрали. Выше идет трансформатор. От него фаза поступает в дом (нулевой провод нам не нужен, так как мы моделируем пробой фазы на корпус). В данном примере заземляющий контур дома плохой, и имеет сопротивление 100 Ом. К корпусу на котором опасный потенциал прикасается человек. Примем общее сопротивление человека, обуви, пола 4000 Ом. В результате в цепи фаза-заземление — нейтраль появится ток силой 2,2 А (этого недостаточно для срабатывания автоматического выключателя), а через человека потечет опасный ток 54 мА. |
Рассмотрим вторую ситуацию, когда сопротивление контура равняется 4 Ом:
| Дополнительно указаны напряжения между фазой и землей через контур заземления. Произошло падение с 220 Вольт до 146 Вольт. Следующее падение на участке с земли через заземлитель трансформатора к нейтрали. На этом участке напряжение уже 73 Вольта. То есть ток через заземление не просто стекает в землю. Он движется от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом через землю. И в процессе движения при пробое фазы на землю теряется напряжение из-за сопротивления земли. |
Вернемся к защитным функциям заземления. Как видно, при сопротивлении контура 4 Ом ток короткого замыкания 36,7 А. А этого достаточно для срабатывания правильно подобранного автоматического выключателя. Одновременно снизился ток проходящий через человека до 36,8 мА. Но это все равно опасное значение при несрабатывании автомата. И если мы говорим о системе заземления TT, то автоматические выключатели здесь должны обязательно дополнятся УЗО (устройством защитного отключения).
Какими бывают УЗО
УЗО делятся на два типа: АС и А.
Тип AC реагирует на утечку переменных (синусоидальных) токов. Однако в электрических цепях возможна утечка не только переменного, но и постоянного (пульсирующего) тока. УЗО типа А предназначено именно для таких случаевПодобные устройства должны применяться в ряде случаев (например, в инструкции по эксплуатации стиральных машин, посудомоечных машин и других мощных бытовых электроприборов можно встретить требование установить именно этот тип УЗО).
Кроме УЗО, устанавливаемых на распределительном щитке, можно встретить электророзетки со встроенным УЗО. Эти устройства двух видов: первый устанавливается на место существующей розетки, второй подсоединяется к имеющейся розетке.Третьим видом устройств со встроенным УЗО является так называемая «УЗО-вилка».
К эффективным защитным устройства также относятся дифференциальные автоматы, которые представляют собой комбинацию автоматического выключателя с УЗО (по типу «два в одном»). Дифференциальный автомат срабатывает в обоих случаях: как при утечке тока на землю, так и при коротких замыканиях и перегрузке. Их выгодно применять в том случае, когда на установку двух отдельных устройств в электрошкафу не хватает места. Цена на дифференциальный автомат превышает цену на УЗО.
Заземление — что это (определения)
В заключение приведем некоторые встречающиеся определения заземления. Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. В электротехнике при помощи заземления добиваются защиты от опасного действия электрического тока путем снижения напряжения прикосновения до безопасного для человека и животных значения.
Другое определение. Заземление — это соединение корпусов всех электроприборов в доме с землей через контур заземляющего устройства. Для этого во всей системе, включая кабель электроприбора, есть отдельная жила. Она идет от розеток через щиток в заземляющий контур, который вкопан в грунт. Прибор, подключенный к такой розетке, защищен. То есть если он будет неисправен и на его металлических деталях появится напряжение, избыточный ток уйдет в землю. В худшем случае на корпусе останется небольшой, безопасный для человека заряд. При касании он будет ощущаться как легкое покалывание.
Как видно везде говорится о безопасности и легком покалывании. Почему же наши цифры не такие оптимистичные? Потому, что в наших примерах не учтены дополнительные защитные мероприятия по уравниванию и выравниванию потенциалов. Уравнивание потенциалов — это электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Выравнивание потенциалов — это снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли. А это уже отдельная тема для рассмотрения.
Поэтому, читая такие определения о защитном заземлении, учитывайте что просто контур заземления это не 100% защита. И если пол, на котором вы стоите не будет иметь потенциал пробитой на корпус фазы, то легким покалыванием при прикосновении к корпусу прибора вы не отделайтесь при несработанном автоматическом отключении питания. Все будет намного хуже.
Важное правило
Согласно ПУЭ заземление двигателя делается отдельным проводником. При этом запрещается последовательное соединение электродвигателей с контуром, как показано на схеме снизу:
При повреждении контура, электродвигатели, подключенные после обрыва, становятся потенциально опасными из-за отсутствия заземления. Возникает опасность выхода оборудования из строя. А некорректная работа защиты подвергает персонал опасности. Поэтому такое соединение недопустимо.
