Функціональне заземлення.. Захисне заземлення.. Джерела перешкод у мережах заземлення.. Способи захисту обладнання від перешкод. ізольованою нейтраллю.. Гальванічна розв'язка по живленню .. Роздільний трансформатор .. Електромагнітна сумісність обладнання (ЕМС) .. Варіанти функціонального заземлення .. Реконструкція діючих об'єктів .. Проектування нових об'єктів .. Незалежне функціональне заземлення .. Головна шина заземлення (ГЗШ) заземлення (ШФЗ).. Зона нульового потенціалу.. Захисна шина РЕ.. Функціональна шина FE.. Шина зрівнювання потенціалів.. Опір функціонального заземлення.. Обґрунтування проектних рішень.

Функціональне (робоче) заземлення використовується нормального функціонування електроустановки чи устаткування, тобто. для їх роботи у звичайному режимі, не з метою електробезпеки, тому його використання як єдина система заземлення категорично забороняється.

Даний вид заземлення може поєднуватися із захисним заземленням або виконуватись додатково до нього, виходячи з вимог виробника обладнання, замовника або нормативних документів.

Захисне заземлення найчастіше є джерелом перенапруг і кондуктивних перешкод у слаботочних системах автоматичного керування, вимірювального, інформаційного або іншого чутливого до впливу перешкод обладнання, що спонукає до пошуку ефективних способівзахисту подібного обладнання від різноманітних перешкод і перенапруг.

Способи захисту інформаційного обладнання від перешкод

1. Мережа із ізольованою нейтраллю. Радикальним рішеннямописаних вище проблем із перешкодами із захисного заземлення є застосування гальванічної розв'язки по живленню (IT – мережа) з роздільним заземленням силової та вимірювальної частини системи, що виключає перебіг струмів перешкоди від силової землі.
Здійснення гальванічної розв'язки може виконуватись за допомогою розв'язуючого (роздільного) трансформатора або за допомогою автономних джерелживлення: гальванічних батарей та акумуляторів.

Основна ідея гальванічної розв'язкиполягає в тому, що в електричному ланцюзі повністю усувається шлях, яким можлива передача кондуктивної перешкоди. Оскільки в такій мережі немає гальванічного зв'язку між землею, фазою та нейтраллю, то не утворюється замкнутий струмовий контур із землею і торкання будь-якого з силових виходів розділового трансформатора є безпечним. Струми витоку на землю складають мікроампери, що значно менше рівня струмів безпеки і не становить загрози для людини.
Роздільний трансформатор, крім того, є гарним захистом від імпульсних, грозових перенапруг, що забезпечує більш надійну роботу підключеної апаратури.
Таким чином, висока надійність, електробезпека та перешкодозахисність мереж із ізольованою нейтраллю є їх незаперечною перевагою.
Разом з тим, застосування розділових трансформаторів із системами контролю ізоляції (СКІ) вимагає чималих витраті виникає законне питання щодо доцільності таких витрат. Ця тема заслуговує.

2. Електромагнітна сумісність устаткування (ЕМЗ).

У більшості випадків збоїв та відмов у роботі систем автоматики, обчислювальної та вимірювальної техніки можна уникнути дотриманням вимог електромагнітної сумісності обладнання та правил виконання заземлення таких систем:

застосування обладнання, що відповідає вимогам відповідних стандартів на електромагнітну сумісність (ЕМС);
Застосування в ланцюгах фідерів живлення пристрою захисту від перенапруг;
Приєднання металевих оболонок кабелів до суміщеної системи зрівнювання потенціалів;
Поділ силових та сигнальних кабелів та правильне виконання їх перетинів;
Застосування сигнальних та інформаційних кабелів, що відповідають вимогам виробника до електромагнітної сумісності;
Силові та сигнальні кабелі повинні бути відокремлені від струмовідводів системи захисту від блискавки. мінімальною відстаннюабо за допомогою екранування відповідно до ПЕК 62305-3.
Електроживлення слаботочних мікропроцесорних пристроїв необхідно виробляти від джерел безперебійного електроживлення (UPS), що мають завадні мережні фільтри.
Зовнішні протяжні мережі електропостачання необхідно прокладати кабелем з оболонкою, що екранує, що підключається до діючого контуру захисного заземлення.
З'єднання заземлювачів функціонального та захисного заземлення з метою зрівнювання потенціалів між ними має виконуватися в одній точці на шині СУП або ГЗШ – струми витоку по РЕ провіднику не повинні потрапляти на екрани кабелів.

3. Правильно виконане заземлення. Це один з основних та доступних методівзменшення імпульсних перешкод та перенапруг, які призводять до збоїв під час роботи слаботочного мікропроцесорного обладнання. Правильне заземленнязазвичай вирішує б пробільшу частину питань зниження перенапруг та перешкод.

4. Зрівняння потенціалів між заземлюючими пристроями різних призначеньє основною умовою забезпечення електробезпеки персоналу. У приміщеннях, призначених до роботи чутливої ​​до перешкод апаратури, обов'язково роблять систему зрівнювання потенціалів. По внутрішньому периметру будівлі повинен розташовуватися кільцевий з'єднувальний провідник, з'єднаний з головною шиною, що заземлює. Кільцеві провідники зрівнювання потенціалів повинні бути розташовані також на кожному поверсі. Приклад внутрішнього контуру системи зрівнювання потенціалів по периметру будівлі показано на Рис. 1.

Рис. 1

Варіанти функціонального заземлення

1. Реконструкція діючих об'єктів. У цьому випадку за умовами роботи інформаційного обладнання часто потрібний низькоомний заземлювач, який виконується додатково до наявного захисного заземлення електроустановки будівлі.
Відповідно до ПУЕ 1.7.55 « Насамперед повинні бути дотримані вимоги до захисного заземлення». Іншими словами – на першому місці має бути захист життя та здоров'я людей. Відповідно, шина функціонального заземлення (ШФЗ) повинна бути з'єднана із захисним заземленням на головній заземлювальній шині (ГЗШ) основної системи зрівнювання потенціалів електроустановки будівлі, як показано на Рис. 2.

Дана схема заземленнядозволяє забезпечити електробезпеку відповідно до вимог ГОСТ Р 50571-4-44-2011 (МЕК 60364-4-44), а також ПУЕ гол. 1.7за умови, що наявне захисне заземлення виконано у повній відповідності до ПУЕ.
Досвід реконструкції діючих об'єктів показує, що практично на всіх об'єктах, що особливо перебувають в експлуатації 10 і більше років, виявляються ті чи інші недоліки із заземлення: корозія заземлювальних пристроїв, невідповідність вимогам до опору заземлювача, недотримання вимог електромагнітної сумісності.
Тому перед встановленням інформаційного обладнаннянеобхідно провести обстеження пристроїв захисного заземлення. Обстеження заземлювальних пристроїв включає: зовнішній огляд, розтин (при необхідності) провідників, що знаходяться в землі, а також комплекс вимірювань параметрів заземлювальних пристроїв.
За результатами вимірівповинен бути виконаний відповідний обсяг робіт з відновлення параметрів захисного заземлення, який доцільно поєднати з монтажем функціонального заземлення та переходом (за потреби) на систему електроживлення TN-S або TN-C-S.

Низькоомний заземлювач функціонального заземленняпри цьому бажано виконувати за «променевою» схемою заземлення, що забезпечує стабільну роботу обладнання. У обмежених умовах можливе використання складного, глибинного заземлювача.

Функціональне заземленнямає свої вимоги до опору заземлення, що відповідають вимогам підприємства-виготовлювача апаратури чи відомчим нормам. Наприклад, для засобів обчислювальної техніки та інформатики згідно СН 512-78опір заземлення має бути не більше 1 Ом, для високочутливої ​​медичної апаратури відповідно до Допомога з проектування до СНиП 2.08.02-89- Не більше 2 Ом і т. д.

2. Проектування нових об'єктів.

Рис. 3

При проектуванні нових об'єктів з'являється можливістьвиконати заземлювальний пристрій повторного захисного заземлення на введенні в електроустановку будівлі на необхідний опір функціонального заземлення , що має бути одночасно використано для всіх видів обладнання будівлі.
Схема заземлювального пристроюповторного захисного заземлення на необхідний опір функціонального заземлення показано на Рис. 3.
У будівлівстановлюється головна заземлююча шина (ГЗШ), до якої підключаються: заземлювальний провідник повторного захисного заземлення, РЕN провідник, провідник системи зрівнювання потенціалів, РЕ шина лінії живлення в системі TN, заземлювальний пристрій системи блискавкозахисту 2-ї та 3-ї категорій, а також шина функціонального заземлення (ШФЗ).

Така схемаостаннім часом набуває широкого поширення при проектуванні нових об'єктів і відповідає високого рівняелектробезпеки.

3. Незалежне багатофункціональне заземлення. Іноді заземлювач функціонального заземлення доводиться розміщувати окремо, поза зоною впливу природних та штучних заземлювачів електроустановки будівлі.

Виконання функціонального заземлення, не пов'язаного із заземлюючим пристроєм захисного заземлення та основною системою зрівнювання потенціалів будівлі,потрібно розглядати як особливий випадок ,в якому повинні бути вжиті спеціальні заходи захисту людей від ураження електричним струмом, що виключають можливість одночасного дотику до частин, приєднаних до системи зрівнювання потенціалів електроустановки будівлі та частин обладнання, приєднаних до незалежного заземлювального пристрою функціонального заземлення.

Завжди існує можливість виникнення різниці потенціалівміж роздільними системами заземлення, якщо ці системи заземлення перебувають у межах зони ненульового потенціалу. Небезпечна різниця потенціалів може виникнути, наприклад, при короткому замиканніна корпус електрообладнання в мережі TN-S (до спрацьовування системи захисту), при спрацьовуванні блискавкозахисту (крокова напруга), при вплив зовнішніх електромагнітних полів та ін.
З погляду електробезпекиваріант незалежного функціонального заземлення (не пов'язаного із заземлюючим пристроєм захисного заземлення) ім, якщо апаратура живиться від роздільного трансформатора або заземлювачі різних призначень знаходяться на такій відстані, що між ними є зона нульового потенціалу. Відстань між цими двома заземлювачами повинна бути ≥ 20 м.
Детальнішепро територіально зближені та незалежні заземлювальні пристрої див. у статтіСхема незалежного функціонального заземлення показана на Рис. 4.

Необхідність пристрою незалежного функціонального заземленняможе виникнути, наприклад, коли виробник інформаційного обладнання прямо вказує на необхідність автономного заземлення (без окремої «функціональної землі» обладнання не працює). У цьому випадку у шафі з обладнанням виробник передбачає дві шини заземлення:
захисна РЕ;
функціональна FE.
Функціональна шина FEізольовані від корпусу шафи. До неї приєднуються екрани сигнальних (контрольних) кабелів. Шина FE з'єднується мідним ізольованим кабелем (щоб уникнути контакту з металевими конструкціямибудівлі) перетином не менше 1х25 мм2 із заземлювачем, віддаленим від заземлювача захисного (або будь-якого іншого) заземлення на відстань не менше 20 м. Захисне заземлення корпусу шафи виконується PE провідником на шину вирівнювання потенціалів, з'єднану з головною заземлюючою шиною. Зауважимо, що ця шина FE усередині шафи передбачається самим заводом-виробником обладнання.

Як ілюстраціяна Рис. 5наведено варіант незалежного функціонального заземлення, не пов'язаного із заземлюючим пристроєм захисного заземлення.

Рис. 5

Обґрунтування проектних рішень

Щоб не виникало складнощівз узгодженням та здаванням проекту, потрібно бути уважним при отриманні ТЗ на проектування. Якщо на об'єкті, що проектується, застосовується чутливе до впливу перешкод обладнання, то потрібно відразу ж запитати у замовника або у виробника паспорта на дане обладнання, де повинна бути обґрунтована необхідність пристрою незалежного заземлювача та вказано необхідний опір функціонального заземлення. Паспорти (сертифікати) на обладнання, що застосовується, додаються до проекту і є обґрунтуванням проектних рішень на всіх етапах узгодження проекту.
Незалежне функціональне заземлення виконується за схемою Рис. 4.

Якщо незалежний функціональний заземлювач виробником обладнання не передбачається, то в цьому випадку функціональне заземлення має бути виконане за однією зі схем ( Рис. 2, 3) з урахуванням вимог до електромагнітної сумісності. Ізольована шина функціонального заземлення в цьому випадку може бути встановлена ​​в окремому ящику заземлення, що виключає одночасний дотик до частин, які можуть опинитися під загрозою різниці потенціалів при пошкодженні ізоляції.
Прикладтакого ящика функціонального заземлення показано на Рис. 6.

Захисні заходив електроустановках. Заходи захисту при непрямому дотику

Важливим заходом, що забезпечує електробезпеку обслуговуючого електроустановки персоналу, є захисне заземлення або занулення металевих нетоковедущих (конструктивних) частин електроустановок та електрообладнання, які нормально не перебувають під напругою, але можуть опинитися під напругою щодо землі в аварійних режимах (у разі пошкодження ізоляції).

Заземленнямназивається навмисне електричне з'єднання будь-якої точки мережі, електроустановки або обладнання із заземлюючим пристроєм.

Заземлення поділяється на:

1. робоче заземлення;
2. захисне заземлення.

ПУЭ дають такі основні визначення щодо заземлень:

Робочим заземленнямназивається заземлення точки або точок струмопровідних частин електроустановки, яке виконується для забезпечення роботи електроустановки (для забезпечення належної роботи установки в нормальних та аварійних режимах).

Робоче заземлення може здійснюватися безпосередньо або через спеціальні апарати (опір, розрядники, реактори та ін.)

Захисним зануленнямв електроустановках напругою до 1 кВ називається навмисне з'єднання відкритих провідних частин із глухозаземленою нейтраллю генератора або трансформатора в мережах трифазного струму, з глухозаземленим висновком джерела однофазного струму, із заземленою точкою джерела в мережах постійного струму, що виконується з метою електробезпеки

Нульовий захисний провідник- захисний провідник в електроустановках до 1 кВ, призначений для приєднання відкритих провідних частин до нейтралі глухозаземленої джерела живлення.

Нульовий робочий (нейтральний) провідник (N)- провідник в електроустановках до 1 кВ, призначений для живлення електроприймачів і з'єднаний з нейтраллю глухозаземленной генератора або трансформатора в мережах трифазного струму, з глухозаземленим виведенням джерела однофазного струму.

Заземлювальний пристрій- сукупність заземлювача та заземлюючих провідників.

Заземлювальний провідник- Провідник, що з'єднує заземлюючу точку із заземлювачем.

Заземлювач - провідна частина або сукупність з'єднаних між собою провідних частин, що знаходяться в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище.

Напруга на заземлюючому пристрої - напруга, що виникає при стіканні струму із заземлювача в землю між точкою введення струму в заземлювач та зоною нульового потенціалу.

Опір заземлювального пристрою - відношення напруги на заземлювальному пристрої до струму, що стікає із заземлювача в землю.

Заземлення служить для перетворення замикання на корпус замикання на землю з метою зниження напруги на корпусі відносно землі до безпечної величини.

Захисне заземлення

Основне призначення захисного заземлення:

1. усунення небезпеки ураження електричним струмом у разі дотику до корпусу або інших нетоковедучих металевих частин електроустановки, що опинилися під напругою.

Захисне заземлення застосовують у 3 х фазних мережахдо 1 кВ з ізольованою нейтраллю та в мережах вище 1 кВ з будь-яким режимом нейтралі. p align="justify"> Принципова схема захисного заземлення представлена ​​на рис. 4.7.

4.7. Принципові схемизахисного заземлення (а) у мережі із ізольованою нейтраллю та (б) у мережі із заземленою нейтраллю.
1 – корпуси захисного обладнання;
2 - заземлювач захисного заземлення;
3 - заземлювач робочого заземлення нейтралі джерела струму; R3 і Ro - опори захисного та робочого заземлень.

Принцип дії захисного заземлення заснований на зниженні напруги між корпусом, що опинилося під напругою, та землею до безпечної величини.

Пояснимо це на прикладі мережі до 1 кВ із ізольованою нейтраллю.

Якщо корпус електрообладнання не заземлений і він опинився в контакті з фазою, то дотик такого корпусу людини рівносильний дотику до фазного проводу. В цьому випадку струм, що проходить через людину, можна визначити за формулою (2.5).

При малому опорі взуття, підлоги та ізоляції проводів щодо землі цей струм може досягати небезпечних значень.

Якщо ж корпус заземлений, то струм, що проходить через людину R про= R n = 0, можна визначити з наступного виразу:

(4.1)

Це вираз отримано наступним шляхом:

із заземленого корпусу (рис. 4.8) струм стікає в землю через заземлювач ( I з) і через людину ( I h). Загальний струмвизначається виразом:

де:
R заг - загальний опір паралельно з'єднаних R зі R h:

4.8. До питання про принцип дії захисного заземлення у мережі із ізольованою нейтраллю.

Зі схеми на рис. 4.8

I h ×R h =I з R з = I заг ×R заг.,звідки струм через тіло людини буде:

виконавши найпростіші перетворення отримаємо вираз (4.1).

При малому R зпорівняно з R hі R зцей вираз спрощується:

(4.2)

де:
R з- опір заземлення корпусу, Ом

При R з= 4 Ом, R h=1000 Ом, R з=4500 Ом, струм через тіло людини буде:

Такий струм є безпечним для людини.

Напруга дотику в цьому випадку буде також незначною:

U пр=I h ×R h = 0,00058×1000=0,58

Чим менше R з- тим краще використовуються зашитні властивості захисного заземлення.

У процесі експлуатації електрообладнання виникає потреба у використанні заземлювальних пристроїв. Залежно від призначення може використовуватися захисне та робоче заземлення. У першому випадку забезпечується безпека персоналу, що працює на електроустановках, а у другому випадку йдеться про нормальну роботу пристроїв у звичайному та аварійному режимах. Обидва заземлення різняться між собою і не можуть бути використані спільно. Для того, щоб краще зрозуміти призначення та принцип дії, потрібно докладніше розглянути кожне з них.

Що називається захисним заземленням

Пристрій захисного заземлення виконується шляхом навмисного електричного з'єднання із землею металевих частин, до яких не підведено електричний струмі які можуть опинитися несподівано під напругою.

Головною функцією захисного заземлення вважається надійний захист людей від ураження струмом у разі зіткнення з металевими нетоковедущими частинами, що опиняються під напругою з різних причин, в основному через пошкодження ізоляції.

Захисне заземлення не слід плутати з робочим і повторним заземленням, нульовим захисним провідником. Його дія в першу чергу спрямована на зниження до безпечного значення напруги кроку та дотику, що утворюються при замиканні на корпус. Це досягається зниженням потенціалу заземленого обладнання за рахунок зменшення опору пристрою, що заземлює. Одночасно вирівнюються потенціали основи, де знаходиться людина і заземленого обладнання.

Захисне заземлення використовується в таких областях:

• напругою до 1 кВ с .
• В однофазних двопровідних мережах змінного струму, ізольовані від землі, з напругою до 1 кВ.
• У двопровідних мережах постійного струму, у яких ізольована середня точка обмоток джерела струму.
• У мережах змінного та постійного струму з будь-якими режимами обмоток джерела струму при напрузі понад 1 кВ.

Безпосередній зіткнення із землею або її еквівалентом здійснюється за допомогою заземлювачів. Вони поділяються на два основні типи:

1. Штучні заземлювачі. Застосовуються лише з метою заземлення. Вони виготовляються з різних сталевих конструкційі не повинні фарбуватись. Для захисту від корозії може використовуватися оцинковане покриття, збільшена кількість заземлювачів, спеціальний електричний захист. У деяких випадках як заземлювач може використовуватися електропровідний бетон.
2. Природні заземлювачі. З цією метою використовуються електропровідні частини мереж та комунікацій у будівлях та спорудах, що перебувають у дотику до землі. Заземлення електроустановок рекомендується виконувати насамперед із природних заземлювачів. Слід використовувати труби водопроводу та системи опалення, конструкції будівель та споруд з металу та залізобетону, рейкові колії, свинцеві оболонки кабелів тощо. Не можна використовувати трубопроводи, якими подаються горючі рідини, гази або суміші.

Що називається робочим заземленням

Робочим заземленням вважається навмисне з'єднання із землею певних точок, що є в електричних ланцюгах. Насамперед, це нейтральні точки генераторних та трансформаторних обмоток. Як з'єднання застосовуються надійні провідники, і навіть спеціальне устаткування як пробивних запобіжників, розрядників, резисторів тощо.

Головним призначенням робочого заземлення є створення перешкод збоям та замиканням, підтримка системи у разі виникнення аварійної ситуації. Під його впливом відбувається зниження електричної напругиу деталях та частинах механізму, що безпосередньо перебувають під напругою. Вжиті заходи сприяють локалізації електричних збоїв, їх відведення та недопущення подальшого поширення.

Відповідно до правил техніки безпеки, забороняється поєднувати захисне та робоче заземлення. Це зв'язано з тим що різні струмиперешкод, наприклад, атмосферні електричні розряди можуть накластися на струми, що протікають в однопровідних ланцюгах. Це може спричинити порушення зовнішніх зв'язків пристроїв і навіть пошкодження апаратури. Крім того, подібні поєднання можуть зробити неефективним захист від напруги. В разі аварійних ситуаційвона буде працювати як робоча або не функціонуватиме взагалі.

Опір робочого заземлення має бути трохи більше 4 Ом. Таке обмеження пов'язане з величиною напруги, що виникає щодо землі на нульовому дроті, у процесі протікання струму замикання на землю через робоче заземлення Це особливо актуально при замиканні трансформаторної обмотки високої напругина обмотку низької напруги.