Виды и правила заземления электроустановок

Заземление электроустановок необходимо для их безопасной эксплуатации. Если заземлительная система отсутствует или установлена неправильно, резко повышается вероятность травматизма и выхода из строя электрооборудования.

Заземляющее устройство

Система заземления представляет собой совокупность заземляющего контура и проводников, позволяющих безопасно отвести ток в грунт. Существует два типа заземлителей — естественные и искусственные. Естественные заземлители представляют собой металлические конструкции, основное предназначение которых не связано с обеспечением электробезопасности. Согласно ПУЭ, к естественным заземлителям относятся:

1. Каркасы сооружений (из железобетона или чистого металла), имеющие контакт с почвой.
2. Водопроводные трубы, находящиеся под землей. Запрещено использовать для заземления нефте- и газопроводы, а также любые другие трубопроводы, предназначенные для транспортировки горючих веществ.
3. Опоры ЛЭП.
4. Нетоковедущие железнодорожные пути (только при условии наличия сварных соединений между рельсами).

Искусственный заземлитель — это конструкция, сооруженная специально для защиты от тока. В качестве искусственных заземляющих устройств используют:

• неокрашенные металлические пруты (минимальный диаметр — 10 миллиметров),
• стальной уголок (толщиной от 4 миллиметров),
• листы стали (толщина — от 4 миллиметров и сечение в разрезе — свыше 48 квадратных миллиметров).

Для сооружения искусственных заземлительных систем пруты закапывают или вбивают в почву. Длина электрода не должна быть меньше 2,5 метров. После установки проводников в землю, их сваривают между собой. Надземная часть заземлительного контура должна находиться на определенном расстоянии от земли (не менее 50 сантиметров).

Обратите внимание! Согласно требованиям Правил устройства электроустановок, контур должен иметь, по крайней мере, два соединения с проводниками.

По предназначению оборудование принято делить на две разновидности — защитную и рабочую. Защитные заземлительные устройства обеспечивают безопасность жильцов или персонала и предотвращают риск поражения тока из-за случайного касания корпуса электрической установки.

Защитное заземление обустраивается для:

• всего электрооборудования и машин, не установленных на глухозаземленных опорах,
• электрических шкафов, металлических коробов распредщитов,
• трубопроводов с силовыми кабелями,
• оплеток силовых кабелей.

Рабочие заземлительные устройства применяют в случаях, когда, несмотря на повреждение изоляционного слоя и последовавшего за этим пробоя на корпус, необходима бесперебойная работа оборудования. К примеру, рабочим заземлением оснащают нули трансформаторов и электрогенераторов. Также рабочим считается заземление молниеотводов.

Обратите внимание! По нормативам ПУЭ заземление электрических сетей с номиналом напряжения 42 вольта (при переменном токе) или 110 вольт (при постоянном токе) осуществляется в обязательном порядке.

Маркировка заземлительных систем

Заземлительные устройства отличаются схемой соединения и количеством проводников. Выделяют такие системы:

• TN-C,
• TN-C-S,
• TT,
• IT.

В названии заземления первая буква указывает на разновидность источника питания:

• T — нейтраль источника электропитания стыкуется с грунтом,
• I — токоведущие элементы не контактируют с землей.

Вторая буква информирует о способе заземления открытых токопроводящих элементов электрической установки:

• N — прямой контакт с местом заземления источника питания,
• T — непосредственная связь с грунтом.

Буквы после дефиса сообщают информацию о методе обустройства защитного проводника (PE) и нуля:

• C — задачи проводников выполняются одним проводником PEN,
• S — функции проводников выполняются несколькими проводящими устройствами.

Система заземления TN-C

Заземление электроустановок типа TN-C применяется в трехфазных четырехпроводных и однофазных двухпроводных электросетях. Чаще всего подобные заземлительные системы встречаются в сооружениях старой постройки. Преимущества TN-С состоят в простоте и доступности системы. Однако уровень безопасности системы оставляет желать лучшего. Поэтому в современных зданиях TN-C не используется.

Система заземления TN-C-S

Защитное заземление электроустановок TN-C-S чаще всего применяется при проведении реконструкций старых электросетей с объединенными рабочими и защитными проводниками на вводе. Таким образом, чтобы установить в здании систему TN-C-S, в нем должно существовать более старое заземление — TN-C-S. Усовершенствованная система также отличается простотой установки и эксплуатации, но при этом более надежна.

Система заземления TN-S

В TN-S рабочие и нулевые проводники располагаются по отдельности. При этом нуль (PE) объединяет все токоведущие элементы электрической установки. Во избежание повторного заземления обустраивают трансформаторную подстанцию с основным заземлением. Достоинствами TN-S считаются небольшая длина проводника от кабельного входа в установку до системы заземления, а также низкая вероятность электромагнитных помех.

Система заземления TT

Данный тип заземления характерен тем, что все токоведущие компоненты имеют непосредственный контакт с землей. При этом заземлители установки электрически не связаны с заземлителем нейтрали электроподстанции.

Система заземления IT

Характерная особенность заземления IT — изолированность нейтрали от грунта или ее заземления через элементы с высоким сопротивлением. В результате такого решения удается значительно уменьшить воздействие тока утечки на корпус. IT применяют в строениях, работающих в условиях жестких требований по электробезопасности.

Правила заземления электродвигателя

По установленным нормативам электрические двигатели подлежат обязательному заземлению. Данное требование не распространяется на ситуации, когда корпус электродвигателя смонтирован на металлической основе, имеющей контакт с грунтом через металлические элементы или заземляющий проводник. Во всех других ситуациях корпус двигателя соединяют проводником с заземлительным контуром.

Все электрические устройства должны иметь выделенные соединения с контуром заземления. Последовательное объединение двигателей с контуром не допускается, поскольку при нарушении любого из соединений вся цепь потеряет функциональность.

Чтобы правильно установить защитный заземлитель, понадобится дополнительный заземляющий элемент в силовом кабеле. Один конец проводника присоединяют к клеммной коробке электрического двигателя, а второй — к корпусу шкафа, где находится блок управления электроустановкой.

Обратите внимание! Прежде чем выполнять подключение, необходимо соединить с грунтом электрошкаф.

При пробое между проводником заземления и токопроводом возникает короткое замыкание, в результате чего размыкается защитное или коммутирующее устройство.

Сечение проводника для заземления должно соответствовать нормативам, указанным в ПУЭ (приведены в таблице ниже).

Заземление сварочных аппаратов

Кроме корпуса сварочного аппарата заземлению подлежит один из выводов вторичной обмотки оборудования (ко второму подключается держатель электродов). Заземляемый вывод вторичной обмотки обозначают графически и оснащают стационарным выведенным фиксатором (для надежной стыковки с заземлителем).

Уровень переходного сопротивления заземлительного контура не должен быть выше 10 Ом. Если нужно поднять электропроводимость контура, контактную площадь делают больше стандартной.

Как и в случае с другими электроустановками, последовательное объединение сварочного оборудования не разрешается. Каждый аппарат должен иметь выделенное соединение с магистралью заземления здания.

Правила расчета

Заземление электроустановок должно осуществляться после предварительных расчетов. Планирование позволяет установить характеристики контура, в том числе его разновидность, геометрическую форму, площадь, размеры, количество электродов и дистанцию между ними. Все указанные данные, в совокупности с показателем токопроводимости земли, имеют непосредственное влияние на общее сопротивление системы.

Особое значение при проведении расчетов имеет удельное сопротивление грунта. Также при осуществлении расчетов учитывают сезонный фактор, делая на это соответствующие поправки.

Правила для переносных установок

В некоторых ситуациях допускается отказ от местного заземлителя для электрооборудования, оснащенного автономными источниками питания с нейтралью, не вступающей в контакт с грунтом. Обычно переносное заземление используется для защиты установок, не питающих другое оборудование. При этом источники питания должны иметь собственные заземлители, а все элементы установки — стыковаться с корпусом источника электропитания.

Работы по заземлению мобильных электрических установок выполняют в соответствии с требованиями к напряжению или сопротивлению. Показатель сопротивления не должен превышать 25 Ом. Устройства с автономными источниками электропитания и изолированными нейтралями всегда контролируются по уровню сопротивления изоляции. Кроме того, нужно обеспечить постоянный доступ для проведения проверок работоспособности изоляции.

Переносные заземлительные установки монтируются во время перерывов в работе электрооборудования. Установка защиты начинается только после отключения напряжения в электросети. Заземление устанавливается на все отключенные фазы. Причем установка осуществляется со всех сторон, откуда подается напряжение.

К монтажу переносных систем в электрических установках с напряжением свыше 1000 вольт допускаются исключительно специалисты, обладающими группой электробезопасности не меньше четвертой. Для установок с напряжением менее 1000 вольт необходима третья или выше группа электробезопасности.

Обратите внимание! Нельзя задействовать в качестве заземляющих устройств элементы, непредназначенные для этой цели. Также недопустимы скрутки.

Заземление электроустановок на предприятиях

На производстве нередко возникают ситуации, когда напряжение в корпусе вышедшего из строя оборудования отмечается не только между открытыми участками агрегата и грунтом, но и между корпусами разных устройств. Также напряжение фиксируют между корпусом оборудования и различными элементами сооружения, трубами и другими металлическими частями.

Для защиты оборудования используются обширные системы, включающие и связывающие между собой элементы установок, способные производить ток, а также металлические элементы технологических устройств и всего сооружения в целом. Задача проводимых мероприятий состоит в выравнивании потенциалов всех элементов цехов. В результате все заземляемые станки на предприятии входят в единую систему.

Защита необязательна для приборов с номинальным напряжением до 42 вольт переменного тока и до 100 вольт постоянного.

Технология заземления

Предпочтение при организации защиты отдается естественным заземлителям. Не допускается использование алюминия (кабельные оболочки, неизолированные провода), поскольку этот материал подвергается окислению в грунте, а окись — отличный изолятор.

Если нет естественных заземлительных элементов, изготавливают искусственные. Электроды (прутки, полосы, уголки или трубы) устанавливают по вертикали в грунт на глубину 2,5–3 метра. Причем верхний конец штыря должен быть выше уровня земли на 60–70 сантиметров. Установленные штыри соединяют между собой стальной полоской (толщина не меньше 4 миллиметров).

Электрод должен соответствовать определенным параметрам:

• диаметр трубы — 30–50 мм и толщина стенок — 3,5 мм,
• диаметр стержня — 10–123 мм,
• толщина угловой стали — от 4 мм.

Альтернатива вертикальному заземлению — горизонтальное. Однако такое решение требует больших ресурсов рабочего пространства. Горизонтальные полосы кладут на ребро в заранее выкопанную траншею (глубина ее составляет от 60 до 70 сантиметров).

Если систему устанавливают в агрессивной среде (кислые или щелочные почвы), в качестве конструкционного материала выбирают медь или оцинковку.

В помещениях проводку для заземления прокладывают в виде магистралей. Ее располагают таким образом, чтобы она была доступна для контроля, но при этом защищена от повреждений механического характера. Если в помещении происходит выделение едких газов, проводку прокладывают по стенам с использованием скоб.

Соединение проводников с корпусами и кожухами электрооборудования осуществляется сваркой или болтами. Все контакты зачищают и покрывают лаком.

Проверка заземляющих устройств

Чтобы поддерживать заземляющие устройства в надлежащем техническом состоянии, необходимы регулярные проверки оборудования. В перечень проверочных мероприятий входят следующие действия:

1. Внешний осмотр наземной части оборудования.
2. Тестирование наличия электроцепи между заземляющим устройствам и подзащитными компонентами.
3. Замер сопротивления контура.
4. Мониторинг пробивных трансформаторных предохранителей.
5. Тестирование надежности соединений с естественными заземлительными устройствами.
6. Замеры сопротивления петли фаза–ноль.
7. Измерение удельного сопротивления земли для опор линий электропередачи, если напряжение превышает 1 кВт.
8. Вскрытие почвы в отдельных местах для визуального контроля за элементами системы.

Проверка присутствия электроцепи между заземлением и защищаемым электрооборудованием осуществляется для подтверждения непрерывности и надежности системы. В ней недопустимы обрывы или некачественные контакты. В простых сетях (без больших разветвлений) сопротивление переходных контактов замеряют непосредственно между защитным и защищаемым элементом системы. Для сложных сетей используется другая тактика: вначале делается замер между заземлителем и отдельными частями магистрали, а уже затем — между участками и заземленными элементами.

Для измерений используют специальный аппарат — омметр (например, М-372). Также применяют измерительные мосты (типы приборов — УМВ, МMB, MBУ) или измерительное устройство типа МC-08. Непосредственно замеры сопротивления заземляющего контура выполняют измерителями М-416б ИСЗ-01, МС-08, М-1103.

Чтобы защитить электросети (до 1 кВт) с отведенной от земли нейтралью от перенапряжений, трансформаторы оснащают пробивными предохранителями. Надежность функционирования предохранителей зависит от правильности сборки и регулярного контроля за их техническим состоянием. В связи с этим проверка предохранителей проводится как при пусковых работах, так и при ремонте оборудования или перестановке данных устройств. Также предохранители проверяются при наличии предположения об их возможном срабатывании.

В случае повреждения участка и если показатель тока однофазного замыкания 1К соответствует следующему ниже условию, сеть отключается.

Чтобы определить ток однофазного замыкания, делают замер полного сопротивления электроцепи однофазного замыкания на корпус устройства или грунт. Самым простым способом измерения считается замер сопротивления петли ноль–фаза. Для этого используют вольтметр и амперметр.

Все устройства, используемые для измерений, должны иметь технический паспорт. В документе указывается схема заземления, результаты последних замеров и проверок состояния системы, данные о действиях, осуществленных при проведении ремонтных работ и внесенных изменениях.