Повторне заземлення електроустановки

⁰

В електроустановках із глухозаземленою нейтраллю до 1 кВ, коли немає можливості забезпечити електробезпеку тільки за допомогою захисного автоматичного відключення електроживлення, виконують електромонтаж повторного заземлення.

Повторне заземлення– це навмисне приєднання в електроустановках до 1 кВ нульового захисного провідника (РЕ) ланцюга до заземлювального пристрою, який пов'язаний або не пов'язаний електрично із заземлюючим пристроєм джерела живлення.

ПУЕ-7 п. 1.7.61

Повторне заземлення електроустановок напругою до 1 кВ, що одержують живлення по повітряних лініях, повинно виконуватись відповідно до 1.7.102-1.7.103. Термін «Рекомендується» означає, що якщо існує основна система зрівнювання потенціалів до якої приєднані конструкції, що використовуються як природні заземлювачі, то повторне заземлення забезпечується цими природними заземлювачами і електромонтаж штучного заземлювача необов'язковий. Повторне заземлення слід виконувати на повітряних лініях та відгалуженнях від них відповідно до ПУЕ-7 п. 1.7.102 та п. 1.7.103

ПУЕ-7 п. 1.7.102

ПУЕ-7 п. 1.7.103
1.7.103. Загальний опір розтіканню заземлювачів (у тому числі природних) всіх повторних заземлень PEN-провідника кожної BЛ у будь-яку пору року має бути не більше 5, 10 та 20 Ом відповідно при лінійній напругі 660, 380 та 220 В джерела трифазного струмуабо 380, 220 і 127 джерела однофазного струму. При цьому опір розтіканню заземлювача кожного з повторних заземлень має бути не більше 15, 30 і 60 Ом відповідно за тих же напруг. При питомому опорі землі ρ >100 Ом⋅м допускається збільшувати зазначені норми в 0,01 ρ разів, але не більше десятикратного.

Електромонтаж повторного заземлення виконують для зниження напруги дотику на відкритих провідних частинах (металевих корпусах електрообладнання і т. д.) внаслідок, знижується небезпека ураження електричним струмомпри однофазних замиканнях на землю, на відкриті або сторонні провідні частини.

Повторне заземлення встановлюють для того, щоб запобігти занесення в електроустановку будівлі наведених потенціалів по зовнішніх комунікаціях, що входять в будівлю та для зниження потенціалу, винесеного на занулені корпуси електроприймачів при обриві нульового робочого провідника лінії живлення.

Якщо встановлено повторне заземлення, то при замиканні на корпус окремого електроприймача, струм замикання проходить не тільки по нульовому захисному провіднику, але й частково також по землі через опори заземлювачів джерела живлення та повторного заземлення. Внаслідок чого напруга щодо землі на корпусі пошкодженого електроприймача знижується, а напруга нейтралі джерела живлення підвищується. Співвідношення цих напруг пропорційне співвідношенню опорів відповідних заземлювачів.

У розподільних мережах міст, заводів та промислових підприємствСхема розподілу електричних потенціалів набагато складніше, тому що від одного трансформатора, часто, живляться кілька електроустановок, де для повторного заземлення використовуються природні заземлювачі, опір яких врахувати розрахунком практично неможливо. Тому відповідно до ПУЕ-7 п. 1.7.61 при електровимірюваннях опір заземлювача повторного заземлення не нормується.

ПУЕ-7
1.7.61. При застосуванні системи TN рекомендується виконувати повторне заземлення РЕ- та PEN-провідників на введенні електроустановки будівель, а також в інших доступних місцях. Для повторного заземлення насамперед слід використовувати природні заземлювачі. Опір заземлювача повторного заземлення не нормується. Усередині великих та багатоповерхових будівель аналогічну функцію виконує зрівняння потенціалів за допомогою приєднання нульового захисного провідника до головної шини, що заземлює.

Повторне заземлення електроустановок напругою до 1 кВ, що одержують живлення по повітряних лініях, повинно виконуватись відповідно до 1.7.102-1.7.103.

Для окремо-стоячих електроприймачів зовнішньої установки, а також для будівель або споруд з металевим корпусом у безпосередній близькості від них повторне заземлення виконує також функцію зрівнювання потенціалів між доступними дотику провідними частинами цих споруд і землею, а також знижує можливі значення крокових напруг.

Усередині будинків зазвичай земля недоступна. Небезпека ураження електричним струмом при однофазних замиканнях у цих умовах визначається значенням різниці потенціалів між одночасно доступними дотику провідними частинами, для зниження якого необхідно виконувати зрівняння потенціалів на підставі ПУЕ-7 п. 1.7.82 та 1.7.83.

ПУЕ-7
1.7.82. Основна система зрівнювання потенціалів в електроустановках до 1 кВ повинна з'єднувати між собою такі провідні частини (рис. 1.7.7):

нульовий захисний РЕ- або PEN-провідник лінії живлення в системі TN;
заземлюючий провідник, приєднаний до заземлювального пристрою електроустановки, в системах ІТ та ТТ;
заземлюючий провідник, приєднаний до заземлювача повторного заземлення на введенні в будівлю (якщо є заземлювач);
металеві труби комунікацій, що входять до будівлі: гарячого та холодного водопостачання, каналізації, опалення, газопостачання тощо. Якщо трубопровід газопостачання має ізолюючу вставку на введенні в будівлю, до основної системи зрівнювання потенціалів приєднується тільки та частина трубопроводу, що знаходиться щодо ізолюючої вставки з боку будівлі;
металеві частини каркасу будівлі;
металеві частини централізованих систем вентиляції та кондиціювання. За наявності децентралізованих систем вентиляції та кондиціонування металеві повітроводи слід приєднувати до шини РЕ щитів живлення вентиляторів та кондиціонерів;
заземлюючий пристрій системи блискавкозахисту 2-ї та 3-ї категорій;
заземлюючий провідник функціонального (робочого) заземлення, якщо таке є та відсутні обмеження на приєднання мережі робочого заземлення до заземлюючого пристрою захисного заземлення;
металеві оболонки телекомунікаційних кабелів

Провідні частини, що входять в будинок ззовні, повинні бути з'єднані якомога ближче до точки їх введення в будинок. Для з'єднання з основною системою зрівнювання потенціалів всі ці частини повинні бути приєднані до головної заземлювальної шини (див. 1.7.119-1.7.120) за допомогою провідників системи зрівнювання потенціалів.

ПУЕ-7 п. 1.7.83
1.7.83. Система додаткового зрівняння потенціалів повинна з'єднувати між собою всі одночасно доступні дотику відкриті провідні частини стаціонарного електрообладнання та сторонні провідні частини, включаючи доступні дотику металеві частини будівельних конструкцій будівлі, а також нульові захисні провідники в системі TN та захисні провідники заземлюючі в системах IT і ТТ, включаючи захисні провідники штепсельних розеток. Для зрівнювання потенціалів можуть бути використані спеціально передбачені провідники або відкриті та сторонні провідні частини, якщо вони відповідають вимогам 1.7.122 до захисних провідників щодо провідності та безперервності електричного ланцюга.

ПУЕ-7 п. 1.7.122
1.7.102. На кінцях ПЛ або відгалужень від них довжиною понад 200 м, а також на введеннях ПЛ до електроустановок, в яких як захисного заходупри непрямому дотикузастосовано автоматичне відключенняживлення повинні бути виконані повторні заземлення PEN-провідника. При цьому в першу чергу слід використовувати природні заземлювачі, наприклад, підземні частини опор, а також пристрої, що заземляють, призначені для грозових перенапруг (див. гл. 2.4). Вказані повторні заземлення виконуються, якщо частіші заземлення за умов захисту від грозових перенапруг не потрібні. Повторні заземлення PEN-провідника в мережах постійного струму повинні бути виконані за допомогою окремих штучних заземлювачів, які не повинні мати металеві з'єднання з підземними трубопроводами. Заземлювальні провідники для повторних заземлень PEN-провідника повинні мати розміри не менше наведених у табл. 1.7.4.

Основне завдання повторного заземлення нульового захисного провідника у зниженні напруги на відкритих провідних частинах та для випадку його обриву. Найбільш небезпечним є випадок обриву нульового провідника з однофазним замиканням на корпус (землю) за місцем обриву. У цьому випадку, за відсутності повторних заземлень, напруга на корпусах всіх електроприймачів за місцем обриву буде близьким до фазного протягом тривалого часу, оскільки подібне пошкодження не може бути автоматично відключено апаратами захисту.

Джерелами живлення споживачів є генератори чи силові трансформатори. Зазвичай трифазні обмоткиз'єднуються у зірку. Загальна точка цієї сполуки називається нейтраллю. Якщо вона безпосередньо або через невеликий опір (трансформатор струму) з'єднується з контуром заземлення безпосередньо біля джерела електропостачання, це – глухозаземлена нейтраль.

Робота нейтралі із заземленням – лише один із можливих режимів її роботи. Залежно від умов роботи мережі при однофазних замиканнях на землю, необхідних способів захисту людей від ураження електричним струмом, способів обмеження перенапруг використовуються інші режими:

із незаземленою (ізольованою) нейтраллю;
із компенсованою (резонансно-заземленою) нейтраллю;
із ефективно заземленою нейтраллю.

Ці режими характерні для електроустановок з напругою 6 кВ та вище. Система із ізольованою нейтраллю застосовується і за напрузі до 1000 У, але з настільки широко, як заземлена. Вона забезпечує високу безпеку під час експлуатації пересувних електроустановок, гірських підприємств, де використання контуру заземлення для забезпечення електробезпеки є ненадійним або неефективним.

Установка в нейтральному провіднику компенсаційних установок дозволяє зменшити ємнісний струм замикання на землю електроустановок вище 1000 В. Компенсація здійснюється за рахунок плавно або ступінчасто індуктивності котушки, що змінюється. У точці замикання на землю струм за повної компенсації стає рівним нулю. Додатково ефективного спрацьовування захисту використовується резистивне заземлення нейтралі. Вона створює активну складову струму, на який реагує реле осередку, що живить пошкоджену лінію.

Ефективне заземлення нейтралі застосовується на лініях електропередач напругою 110 кВ та вище.

Усі побутові, сільські, дачні електромережі живляться від трансформаторних підстанцій із глухозаземленою нейтраллю. Тому розглянемо особливості її роботи докладніше.

Конструкція мереж із глухозаземленою нейтраллю

Трансформатори та генератори, що застосовуються для цих електроустановок, мають три фазні силові виведення та один нейтральний (нульовий). Напруга між фазними висновками називають лінійним, а між будь-яким фазним та нульовим висновком – фазним. Лінійна напругавизначає номінальну напругу всієї електроустановки. Воно може приймати стандартні значення 220, 380 і 660 В. Лінійна напруга в побутових мережах - 380 В.

Фазна напруга менша лінійного в √3 разів, що відповідає 127, 220 і 380 В. При лінійному 380 В фазне дорівнює 220 В.

Таким чином, мережа 380 В із заземленою нейтраллю придатна для живлення трифазних споживачівна напругу 380 і однофазних на напругу 220 В. Однофазні навантаження підключаються між фазними і нульовими провідниками і рівномірно розподіляються по фазах.

Підстанція, де встановлено силовий трансформатор, має контур заземлення: певним чином з'єднані між собою сталеві чи мідні деталі, заглиблені у грунт. Геометричні розміри контуру заземлення розраховують так, щоб вони ефективно сприяли розтіканню по землі струму однофазного замикання. Здатність заземлювального пристрою проводити цей струм кількісно оцінюється його опором розтіканню. Допустимі значення цього параметра регламентовані ПУЕ. Для трансформаторних підстанцій опір контуру заземлення не повинен перевищувати 4 Ом за номінальної напруги 380 В.

Висновки від контуру заземлення на підстанції приєднуються до нульової шини – металевої смуги розподільного пристрою, до якої підключається провідник від нульового виведення трансформатора. До цієї ж шини підключаються відповідні жили кабелів, що відходять. Фазні жили підключаються до висновків комутаційних апаратів: рубильників, автоматичних вимикачів, контактних майданчиків утримувачів запобіжників

Кабельні лінії, що відходять від підстанції, виконуються чотирижильними кабелями. В електроустановках, побудованих раніше, зустрічаються трижильні кабеліз алюмінієвою оболонкою, яка використовується як нульовий провідник.

Електроустановки споживача для введення напруги живлення мають вступний розподільний пристрій (ВРУ). Воно також містить нульову шинуяк і підстанція. До неї підключаються нульові жили тих, хто живить і відходить кабельних ліній. ВРУ має контур повторного заземлення, який також підключається до нульової шини.

Захист людей від ураження струмом у мережі з глухозаземленою нейтраллю

Тепер переходимо до безпосереднього пояснення того, навіщо робиться заземлення нейтралі трансформатора та як це працює.

Теоретично для будь-якої точки електромережі потенціал нульового провідника щодо землі дорівнює нулю. Контур повторного заземлення у споживача робить цю рівність ще міцнішим, особливо, якщо до живильної підстанції далеко.

Поразка людей електричним струмом можлива у разі:

Порушення ізоляції всередині електрообладнання, коли його корпус опиняється під напругою;
Порушення ізоляції проводів та кабелів, коли під напругою виявляться металоконструкції, за якими вони прокладені;
Порушення ізоляції струмопровідних частин або поломки електрообладнання, коли на поверхні землі або підлоги утворюються зони потенціалів, небезпечних для людей, що проходять (крокова напруга);
Помилки при ремонті та експлуатації, що призводять до безпосереднього дотику до вузлів електрообладнання, що знаходяться під фазною напругою.

Для виключення ситуацій, описаних пунктами 1 та 2, всі корпуси електроприладів та металоконструкції з'єднуються з контуром заземлення. На підприємствах для цього по периметру приміщень з електроустаткуванням прокладається сталева смуга, до якої приєднуються всі металеві частини. Так їхній потенціал насильно прирівнюється до потенціалу землі.

При виникненні замикання фазних провідників на заземлений таким чином корпус, навіть при відмові спрацьовування захисту, струм замикання піде заземлювальним провідникам до контуру заземлення. Опір щодо землі тіла людини, яка торкнеться аварійного корпусу, набагато більша, ніж опір між землею і корпусом. Тому через тіло людини не піде струм, який перевищує небезпечні значення.

Другий принцип захисту – швидке вимкнення аварійного режиму. Адже струм піде не просто до контуру, він піде у напрямку нейтралі трансформатора. Організується коротке замикання, струм якого має велике значення. На нього успішно зреагує захисна апаратура: запобіжник або автоматичний вимикач. Аварію буде ліквідовано майже миттєво, пошкоджена ділянка відключиться.

Тепер перейдемо до пункту 3 та захисту від напруги кроку. До лежачого на мокрому бетонній підлозіоголеному дроту підходити небезпечно. Небезпечний життя потенціал розходиться від нього хвилями, як кола на воді. Якщо ноги виявляться на ділянках підлоги з різними потенціалами, можна отримати удар електрострумом.

Якщо в приміщенні така ситуація можлива, усередині підлоги влаштовується система вирівнювання потенціалів: замуровується металева сітка. Сітка в кількох місцях з'єднується із контуром заземлення. Таким чином, ноги перехожого виявляються зашунтовані металевими прутами решітки, більша частина струму піде повз нього.

Класифікація систем заземлення за ПУЕ

Описана вище схема заземлення має позначення TN-C. Провідник, що з'єднує глухозаземлену нейтраль зі споживачами, зветься суміщеного, оскільки служить і передачі струму навантаження, так зв'язку корпусів електрообладнання з контуром заземлення. Носить він скорочене позначення PEN.

На цій універсальності вимальовується головний недолік такої системи. При проходженні нульового струму навантаження протягом PEN-провідника утворюється різниця потенціалів. Особливо це позначається при несиметричному навантаженніфаз. Підсумок: потенціал на корпусах електроустаткування може відрізнятись від потенціалу землі.

В електроустановках, особливо старих, теоретично можливі обриви PEN-провідника. При цьому на ньому щодо землі може бути потенціал фазної напруги. Цей режим становить загрозу життю людей.

Виникають технічні складності та із заземленням корпусів побутових електроприладів, підключені до системи TN-C.

Для усунення цих недоліків застосовується система TN-S. У ній функції захисту та комутації робочого струму розділені між двома нульовими провідниками. Робочий струм проводить нульовий робочий провідник N, а нульовий захисний PE служить для з'єднання корпусів з контуром заземлення.

Поділ PEN на N та РЕ відбувається безпосередньо на підстанції, де заземлено нейтраль. Але при модернізації та реконструкції електроустановок це можна зробити у будь-якому розподільному пристрої. При цьому вся схема має назву TN-C-S. У місці поділу потрібна наявність контуру повторного заземлення.

Мережі із ізольованою нейтраллю по ПУЭ позначаються IT. Вона не має провідників для зв'язку з контуром заземлення підстанції живлення. У споживача влаштовується контур заземлення.

Існує система ТТ, що також має глухозаземлену нейтраль. На відміну від систем TN вона має лише нульовий робочий провідник. Нульовий захисний до споживача надходить від власного заземлювального пристрою.

Електроустановки можуть бути з глухозаземленою та ізольованою нейтраллю.

Глугозаземленою нейтраллюназивають нейтраль трансформатора або генератора, приєднану до заземлювального пристрою безпосередньо або через мале опір (трансформатори струму та ін), а ізольовані— нейтраль, що не приєднана до заземлювального пристрою або приєднана через апарати, що компенсують ємнісний струм у мережі, та інші апарати, що мають великий опір. Заземлення нейтралі генератора або трансформатора називають робочим заземленнямна відміну захисного заземлення.

Опір заземлювального пристрою, до якого приєднуються нейтралі генераторів або трансформаторів, має бути не більше 4 Ом для електроустановок напругою 380/220В.

В електроустановках із глухозаземленою нейтраллю при замиканні між фазою та заземлюючими провідниками має бути забезпечене швидке та надійне автоматичне відключення пошкодженої ділянки. Тому в електроустановках напругою до 1000В обов'язково з'єднання корпусів електроустаткування із заземленою нейтраллю установки. При порушенні ізоляції, тобто електричному з'єднанні однієї фази з корпусом при глухозаземленій нейтралі, відбудеться коротке замикання і пошкоджена ділянка буде відключена максимальним автоматом або запобіжником.

Глухе заземлення нейтралі виконують у чотирипровідних мережах змінного струму. Нульові висновки силових трансформаторів у цьому випадку заземлюють наглухо, і всі частини, що підлягають заземленню, безпосередньо з'єднують із заземленим нульовим виводом. Провід мережі, з'єднаний із заземленою нейтраллю трансформатора, називають нульовим дротом. У ланцюзі нульового дроту не повинно бути запобіжників або роз'єднуючих пристроїв. На повітряних лініях напругою до 1кВ з глухозаземленной нейтраллю металевий зв'язок з нейтраллю трансформатора здійснюється за допомогою нульового дроту, що прокладається на тих самих опорах лінії, що і фазні; гаки та штирі фазних проводів та арматуру залізобетонних опор з'єднують з нульовим проводом, на повітряних лініях із ізольованою нейтраллю – заземлюють.

На кінцях повітряних ліній (або відгалужень) довжиною понад 200 метрів, а також на вводах у будівлі, електроустановки яких підлягають заземленню, виконують повторні заземлення нульового дроту, для чого використовують насамперед природні заземлювачі (наприклад, залізобетонні опори), а також заземлювальні пристрої , Виконані для захисту від грозових перенапруг.

Для повторного заземлення нульового дроту вибирають розміри заземлювальних провідників зі сталі по першій, з міді - не менше 4 мм2 і алюмінію не менше 10 мм2. Опір заземлювального пристрою кожного із повторних заземлень має бути не більше 30 Ом для повітряної лінії 380/220В, а загальний опір заземлювальних пристроїв усіх повторних заземлень нульового дроту кожної повітряної лінії – не більше 10 Ом. При великих питомих опорах землі (більше 104 Ом на см) допускається перевищення зазначених величин опорів заземлювальних пристроїв, при цьому загальний опір не повинен перевищувати 50 Ом.

В установках із ізольованою нейтраллю або нейтраллю, заземлену через великий опір, на нульових висновках силових трансформаторів встановлюють пробивні запобіжники, що виключають небезпеку ураження струмом, що виникає при пошкодженні ізоляції між обмотками вищої та нижчої напруги. За наявності повітряної мережі з боку нижчої напруги трансформатора пробивний запобіжник ставлять на фазі.

Пробивний запобіжникявляє собою фарфоровий патрон з двома мідними пластинами, між якими прокладено слюдяне прокладання з отворами. Одна пластина запобіжника приєднується до нульового виведення трансформатора, інша - до магістральної шини заземлення. При пошкодженні ізоляції між обмотками вищої та нижчої напруг трансформатора відбувається перехід потенціалу з обмотки. вищої напругина обмотку нижчого та у разі виникнення напруги на нульовому виведенні трансформатора понад 500В повітряний проміжок у слюдяній прокладці між пластинами запобіжника пробивається і відбувається перехід небезпечного потенціалу в землю.

Сучасне життя людини, її комфорт та забезпечення всім необхідним, нерозривно пов'язані з електрикою. Завдяки йому людина має засоби для існування та можливість впливати на сили природи з метою отримання максимальної користі для свого життя. Але до безлічі плюсів, якими електрика має, існує і один величезний мінус - прилади та обладнання, що споживають і виробляють електроенергію, є загрозою для життя людини, якщо не дотримуватися правил їх використання.

Електроустановки та їх класифікація за вимогами безпеки

Основними факторами, що впливають на ступінь небезпеки для життя людини в електроустановках будь-якого типу, є:

напруга;
тип заземлення нейтралі;
величина струму, що замикається на землю;
ізоляція частин, якими рухається струм;
опір людського тіла;
опір землі (ґрунту) у зоні дії електричного струму.

Виходячи з цих основних джерел, у діючих «Правилах влаштування електроустановок» (ПУЕ) всі установки розділені на чотири категорії.

Першу складають установки з глухозаземленою нейтраллю трансформаторів, що працюють від 220 кВ і вище, та з ефективно-заземленою нейтраллю - установки від 110 до 220 кВ. Ефективно-заземлена нейтраль є схемою, завдяки якій відбувається обмеження струму замикання на землю, вона може містити різні видиопорів (активні, нелінійні та реактивні), а також не заземлену нейтраль.

До другої входять установки, де використовується ізольована нейтральабо резонансне її заземлення за допомогою резисторів дугогасних і реакторів, що працюють в мережах, напруга яких становить від 3 до 35 кВ.

Третю представляють електроустановки, що використовують мережу з глухозаземленной нейтраллю і працюють під напругою від 110 до 600 В. У цих установках струми замикання на землю мають великі величини.

Безпечна робота електроустановок

Повністю виключити фактори, що загрожують здоров'ю та життю людей, які працюють на електроустановках, неможливо, тому що вони мають природне підґрунтя. Але звести їх до мінімуму та зробити роботу в установках максимально безпечною не лише можна, а й необхідно. Для цього всі роботи з обслуговування та експлуатації електроустановок регламентовані в єдиному збірнику правил та норм: «Правила влаштування електроустановок» (ПУЕ). Однією з найважливіших вимог ПУЕ є захисне заземлення електроустановок. Саме ця вимога і буде розглянута у цій статті докладніше.

Захисне заземлення покликане убезпечити персонал, який працює та обслуговує ці установки та мережі, а також споживачів електроенергії, що використовують її в побутових приладахта пристроях. Що забезпечує захисне заземлення? Безпека людини при випадковому зіткненні з металевими частинами електроустановок, що не є струмоведучими, але опинилися під напругою внаслідок пробою ізоляції провідників, що знаходяться під струмом.

Що заземляється у електроустановках?

Вимоги та правила при використанні захисного заземлення зведені в єдиний документ, що регламентує та визначає стандартизацію всього процесу - ГОСТ. Заземлення, що забезпечує захист персоналу та споживачів від виконується строго відповідно до вимогами ПУЕта відповідним ГОСТом. Захисне заземлення електроустановок передбачає електричне з'єднання металевих частинелектроустановок із землею, а у відсутності її - із провідником, що замінює землю. Також слід зазначити, що заземлюються ті частини установок, які не мають жодного іншого захисту.

Таким чином, заземлюються металеві корпуси електричних агрегатів, апаратів, машин, світильників, розеток та вимикачів, а також броня кабелю та проводів.

Існуючі системи заземлення електроустановок

Системи захисного заземлення електроустановок визначаються на підставі таких характеристик джерела живлення як нейтраль глухозаземлена, ізольована нейтраль. Існує три основні системи, розроблені Міжнародною електротехнічною комісією (МЕК): TN, IT та TT. Розглянемо їх докладніше.

Система TN та її підсистеми

Системи з глухозаземленою нейтраллю, в яких металеві частини електроустановки підключені до нейтралі за допомогою нульових провідників, що заземлюють, відносяться до групи TN. У свою чергу, ця група має підгрупи, що формуються способом використання нульового робітника та захисного провідників. Так, якщо ці провідники поєднані в одному дроті по всій довжині мережі, підсистема позначається TN-C. Це давня радянська система. Якщо ж захисний та робітник нульовий провідсуміщені тільки на ділянці ланцюга, що починається від джерела живлення (трансформаторної підстанції), це вже підсистема TN-C-S. Ну а у випадку, коли нульовий робочий та захисний провід рознесені по окремих дротах на всьому протязі мережі, ця підсистема позначається TN-S. Вона вважається кращою для повної безпеки електроустановки.

Системи IT та ТТ

Система, в якій заземлення нейтралі відсутнє або воно виконане через резонансне заземлення, позначається як ІТ. У такій системі металеві частини електроустаткування заземлюються окремими провідниками, приєднаними до заземлюючих пристроїв.

Система з глухозаземленою нейтраллю, в якій металеві частини електрообладнання заземлені з використанням пристроїв, жодним чином не з'єднаними з нейтраллю джерела живлення, позначається TT та застосовується виключно для мобільних приміщень. В інших випадках така система потребує використання

Заземлювальні пристрої

Згідно з ПУЕ, для захисту людини від небезпечних напруг використовується схема заземлення, змонтована шляхом електричного з'єднання частин установки, виконаних із струмопровідних матеріалів та ізольованих від струмопровідних частин із заземлювачем. У свою чергу, заземлювач є виготовленим з металу провідником, що має хорошу електропровідність і велику площузіткнення із ґрунтом. Всі разом - заземлювач і дроти, що електрично зв'язують його з частинами електроустановок і є заземлювальний пристрій.

Залежно від виду струму, що використовується в електроустановках до 1000, застосовуються схеми заземлення з глухозаземленою нейтраллю або ізольованою ( змінний струм), глухозаземленою або ізольованою середньою точкою ( постійний струм). Нейтраль джерела живлення (генератора або трансформатора) називається глухозаземленной, якщо вона з'єднана безпосередньо із заземлюючим пристроєм, а ізольованою вважається та нейтраль, яка не має з ним з'єднання або з'єднана через пристрої з великим опором.

Види заземлювальних пристроїв

Заземлювачі поділяються на два види: штучні та природні. Перший вид заземлювальних конструкцій передбачає використання різних металевих предметів. Ними можуть бути куточки, стрижні та труби, що мають у довжину не менше двох з половиною метрів та зариті (вкопані) у землю. Між собою вони з'єднуються смугами сталі або відрізками металевого дроту – катанки – великого діаметра (не менше 8-10 мм) методом зварювання. Заземлюючими провідниками можуть бути як металеві та мідні шини, так і мідні дротяні джгути, що з'єднуються з частинами електрообладнання або зварюванням або болтовим з'єднанням.

Другий вид заземлювальних конструкцій передбачає використання як заземлювач конструкцій будівель, виконаних з металу і надійно з'єднаних із землею. Усі залізобетонні конструкції повинні мати металеві заставні для приєднання провідників, що заземлюють. У цьому випадку заземлюючі провідники нічим не відрізняються від провідників, що застосовуються й у штучних заземлювачах.

Ще одним видом заземлювального пристрою є занулення. Такий вид захисного заземлення полягає у з'єднанні ізольованих від струму частин електроустановок із глухозаземленою нейтраллю через нульовий провід. Занулення забезпечує виникнення КЗ при будь-якому замиканні фази на корпус пристрою і дозволяє більш ефективно спрацювати захисної апаратурі, що відключає.

Вимоги до заземлюючих пристроїв

Усі пристрої, що використовуються для заземлення, повинні відповідати стандартам, затвердженим державою, будівельним нормам та ПУЕ. Їхнє завдання – забезпечити безпеку людей, захист електроустановок та режими їх експлуатації.

У жодному разі не допускається кількох частин електроустановки заземлюючими провідниками - кожній частині повинен відповідати лише один кабель заземлення, що має діаметр перерізу не менший, ніж зазначений у ПУЕ. Заземлювальні провідники, розміщені відкрито, захищаються від впливу агресивного середовища шляхом забарвлення в чорний колір.

Технічний стан пристроїв заземлення та перевірка заземлення здійснюється методом огляду неозброєним оком видимої частини пристрою, огляду з частковим розтином ґрунту та вимірюванням параметрів заземлювального пристрою. Видима частина пристрою оглядається один раз кожні шість місяців.

Вимоги до з'єднань захисних та заземлювальних провідників

Усі з'єднання заземлювача та заземлюючих провідників виконуються методом зварювання. Корпуси електроустановок, машин та апаратів, головний заземлюючий контакт на контурі заземлення та опорах високовольтних ліній з'єднуються за допомогою провідника, що заземлює, болтовим кріпленням. Заземлювальні провідники виконуються із сталевих або мідних шин, а також мідних джгутів. Також як заземлюючі провідники може використовуватися кабель заземлення. Для цих цілей застосовується як багатожильні, так і одножильні мідні яких дозволяє здійснювати низькоомні з'єднання.

Вимірювання опору заземлювальних пристроїв

Щоб переконатися у відповідності опору діючого заземлювального пристрою вимогам правил та інструкцій, проводяться вимірювання існуючого опору. Завдання такого виміру полягає у визначенні величини опору заземлювальної системи струму, що проходить через неї на землю - так званому струму розтікання.

Вимірювання проводяться відповідно до необхідних норм безпеки: недопущення однофазного замикання та використання засобів особистого захисту, що включають діелектричні рукавички та боти, а також ізолюючий інструмент.

Обладнання та засоби для вимірювання опору заземлення

Основним приладом, яким виробляються вимірювання опору струмам, що розтікаються, є вимірювач заземлення ІС-10. Цей прилад працює у п'яти діапазонах вимірювання, що пояснює його широке застосування. Мінімальним діапазоном є опір від 0,01 до 9,99 Ом, потім слідують діапазони 0,1-99,9 Ома, 1-999 Ом, 0,01-9,99 кОма. Максимальний опір, який визначається цим приладом, становить діапазон від 1 до 999 мОм. У поєднанні з приладом для вимірювань використовуються виносні струмові та потенційні електроди.

Слід зазначити, що вимірювальна схема заземлення збирається за суворими правилами - сполучні провідники приладу, в першу чергу, до струмових та потенційних електродів, потім до приладу та в останню до заземлювача.

Методи перевірки заземлення

Величина опору струму, що розтікається, для різних заземлюючих пристроїв неоднакова і залежить від безлічі факторів, таких як вид електроустановки, стан грунту в місці монтажу цієї установки, а також використаного типу такого пристрою.

Методика вимірювань містить два способи, які відображені в правилі, що діє для ІС-10 при вимірюванні ними опору заземлення. Якщо опір пристрою, зазначений у паспорті, вище 5 Ом, використовується трипровідна схема. Якщо значення менше цієї величини - використовується чотирипровідна схема.

Глугозаземлена нейтраль призначена для захисту від ураження людини електричним струмом. У разі виникнення аварійної ситуаціївідбувається вирівнювання потенціалів, дотик до поверхні корпусу обладнання буде безпечним. Оскільки одночасно зростає сила струму, швидко спрацює встановлений у ланцюзі пристрій захисного відключення.

Плакат з електробезпеки «Установки з глухозаземленою нейтраллю»

Для правильного використання такого механізму на практиці необхідно знати та застосовувати норми чинного законодавства у галузі забезпечення електробезпеки. Вони у «Правилах устрою електроустановок» (ПУЭ, надалі іменовані «Правила»), які затверджені Міністерством енергетики Росії у наказі від 08. 07. 2002 р. Нині актуальною є сьома версія цього документа.

Механізм дії

Відповідно до Правил цього терміна називають електричне з'єднання нейтралі генератора (трансформатора) з пристроєм заземлення. Наприклад, трипровідна мережа прокладається від джерела живлення до житлового будинку. Нейтраль через шафу введення розподіляється на щитках. До неї підключаються контури заземлення споживачів. У цих ланцюгах неприпустимий монтаж плавких запобіжників, іншого пристрою, здатного порушити цілісність ланцюга.

Робочий нуль – це інший провідник. Між ним і третім проводом виникає напруга фази, що використовується пральними машинами, мікрохвильовими печами та іншим обладнанням.

Приклад аварійної ситуації. Під впливом вібрації всередині техніки від'єднався від штатного місця кріплення фазний провід, стався його дотик до металевого корпусу. Виникне коротке замикання, різко зросте сила струму. Автоматичний вимикачабо плавка вставка виконає свою функцію, живлення буде вимкнено.

Опір R0 буде меншим, ніж шляхом проходження струму через тіло людини, що випадково доторкнулася до фазного дроту, що виключає ураження струмом (мал. нижче). У цій схемі представлений варіант заземлення нейтралі генератора.

Схема глухозаземленої нейтралі

Щоб така схема спрацювала швидко та ефективно, необхідно дотримуватися положень норм Правил. Відповідно до них повинна створюватися якісна захищена мережа.

Вимоги ПУЕ

Необхідні відомості знаходяться у розділі 1.7 Правил. Там зазначено, що окремі норми застосовуються до електричним установкамдо та понад одну тисячу вольт. Далі варто розглянути побутову мережу з напругою 220 V.

Тут використовується однофазне джерело струму. Заземлювач приєднується до одного з електричних висновків цього пристрою за допомогою спеціального провідника. Щоб скоротити шлях проходження струму та знизити витрати, вибирають місце поблизу генеруючого обладнання (трансформатора).

Обов'язково треба враховувати таке обмеження. Якщо як заземлювач використовується наявний фундамент, то до металевої арматури в бетонній основі виконують підключення не менше ніж у двох точках.

Аналогічна кількість приєднань роблять до металевих каркасів, встановлених у глибині землі. Тільки так система заземлення працюватиме ефективно та досить надійно.

Якщо джерелом живлення пристрою є трансформатори, розташовані на різних поверхах будівлі, під'єднання до нейтралі виконується за допомогою окремого провідника. Його підключають додатково до металевого каркасу будівлі.

При розрахунку електричних параметрів обов'язково враховують відповідний опір.

Підключати заземлення дозволяється до металевого каркасу будівлі

У першому і другому варіантах з ланцюга виключають плавкі вставки та інші елементи, здатні порушити її цілісність. Вживають додаткових заходів, що перешкоджають випадковим або навмисним ушкодженням із застосуванням механічних впливів.

Інші обмеження, зазначені у Правилах:

Якщо у шині PEN (загальні нульові провідники, робочий і захисний) стоїть струмовий трансформатор, то провідник заземлювача кріпиться безпосередньо за цим пристроєм, до нейтралі.
Електричний опір пристрою заземлення в однофазної мережі 220V обмежено максимальним значенням 4 Ом (п. 1.7.104. Правил). Винятком є особливі властивості землі, створюють високий опір (питома величина, понад 100 Ом на 1 м.).
Якщо є повітряні лініїелектропередач, то на вступних та кінцевих частинах встановлюються дублюючі заземлювачі. Це дозволяє захисної системипрацювати ефективно. Але таке правило застосовують лише тоді, коли немає необхідності в установці більшої кількості пристроїв, здатних усунути надмірну напругу в мережі при ударах блискавок.
Щоб не помилитися, треба використовувати нормативи щодо мінімально допустимим розмірамта матеріалів провідників, що використовуються для систем заземлення (повторного типу), прокладених у землі. Так, наприклад, якщо застосовується куточок із чорної сталі, товщина стінки повинна становити 4 мм або більше. Регламентується загальна площа поперечного перерізу для заземлювальних провідників, що приєднуються до головної шини (п. 1.7.117 Правил):

75 мм 2 якщо використовується сталь;
16 мм2 – алюміній;
10 мм2 – мідь.

Автомат, який встановлюється для захисту схеми TN, повинен мати швидкодію по короткому замиканню не менше 0,4 секунди при напрузі 220 V.

Якщо вивчити інші види мереж, можна з'ясувати, що з підвищенні номінальної напруги, дозволений електричний опір заземлення повинен бути нижче. Така вимога є розумною, адже головною є забезпечення хорошого рівня безпеки. При меншому опорі у разі аварії на заземленому корпусі утворюється відносно невеликий потенціал, система захисту виконає свою функцію досить ефективно.

Подібні міркування можна використовувати і щодо роботи захисних пристроїв. Якщо виник відповідний розряд, то мережі повинні утворитися істотні зміни. При підвищенні напруги споживаної потужності та низькому робочому електричний опірвимоги до заземлення суворіше. Надмірне опір цього ланцюга здатне знизити амплітуду коливань в мережі, автомати не зможуть спрацювати досить швидко або зовсім не відключать живлення.

Автомати вибирають з урахуванням параметрів мережі

Тепер варто перейти до побутової мережі 220 V та пункту 7.1.36. Правил. У ньому визначено необхідність прокладання мереж від загальних щитків до пристроїв споживачів трьома проводами (одним фазним, нульовим робітником та захисним). Останній – це і є глухозаземлена нейтраль. Тим часом якщо провести експеримент і поглянути на власні розетки в квартирі, то багато людей помітять там відсутність такого контакту.

Справа в тому, що старі нормативи, за якими збудовано багато вітчизняних будівель, розраховані на відносно невеликі потужності. Нині вони значно зросли. Оснащення кондиціонерами трикімнатної квартири має на увазі використання в пікових навантаженнях до 6-7 кВт. Близько 3 кВт споживає духовку, 1,5-2 кВт – варильна панель.

Для ефективного захисту за таких умов заземлення потрібно. У нових якісних будинкахвоно монтується стандартно. У старих квартирах уважні господарі встановлюють його під час виконання капітальних ремонтів. При визначенні параметрів проведення застосовують нормативи Правил для провідників, виготовлених з різних металів (п. 7.1.45).

Плюси та мінуси схем

Уважне вивчення опису цієї схеми дозволяє зрозуміти, що вона виконує свої функції ефективно при рівні номінальної напруги між фазою та нейтраллю. З її допомогою забезпечується швидке спрацювання типових пристроїв захисту від перевантажень. При короткому замиканні утворюються потужні електромагнітні коливання, які можуть стати причиною додаткових аварій і руйнувань.

Інші заходи захисту

Щоб запобігти ураженню струмом, застосовують не лише заземлення нейтралі. Частини обладнання, провідники покриваються додатковими шарами ізоляції. Спеціальними оболонками не допускається дотик безпосередньо до них. Використовують низька напруга, не здатні заподіяти шкоди. Промислові установки обгороджуються спеціальними бар'єрами, розміщуються поза зоною вільного доступу сторонніх осіб.

У побуті використовують окремі та комплексні методики, можна розглянути їх на прикладі пральної машини:

корпус та металевий каркас з'єднуються з третім дротом, підключаються через розетку до заземленої нейтралі.
ізольована товстим шаром фарби поверхня не проводить струму.
На малюнку нижче видно, що сама пральна машинане оснащується особливим чином. У шнурі живлення є провідник, який при включенні до розетки з'єднується з лінією заземлення. У разі виникнення короткого замиканняспрацюють захисні пристроїта відключать подачу напруги.

Правильне підключення до мережі пральної машини

щоб зменшити ймовірність ураження електрикою, із пластику створюють ручки управління, кутові частини конструкції, на яких можуть бути видно оголені металеві елементи.