Заземление электроустановок и оборудования – виды и правила
Обустройство заземления электроустановок – обязательное условие безопасной эксплуатации любого электрооборудования. Правильно выполненная «земля» может предупредить серьезную травму и даже сохранить здоровье или жизнь, не говоря уже о повреждении дорогостоящего оборудования.
Классификация систем заземления
В старой (шестой) редакции ПУЭ предусматривалось 2 варианта заземления электротрансформаторов и потребителей. В этом случае классификация схем заземления выглядела просто:
- Глухая (глухозаземленная) шина-нейтраль. Подключалась напрямую к контуру заземления на распределительном трансформаторе. К потребителям шла пара проводов. Заземление у них было свое собственное.
- Вынесенная или изолированная нейтраль. Шина заземления подключалась не к контуру, вкопанному в грунт, а выносилась отдельным проводом дополнительно к уже проложенным двум питающим проводам.
В теории система заземления должна была работать как часы – она простая и понятная любому электрику, подключающему электроустановку к сети. В большей части заземление работало исправно, если была правильно выполнена балансировка по напряжению и заземляющий провод.
Проблемы возникали лишь при неравномерной нагрузке (обычно в сельской местности) либо при обрыве нейтрали. На изолированной нейтрали всегда присутствовал избыточный потенциал относительно «нуля земли», что было небезопасно.
Даже на простейших приборах освещения, холодильниках, не говоря уже о более мощных электроустановках, появлялся потенциал, величина которого была небезопасна для здоровья и жизни человека.
С 2009 г. седьмой редакцией ПУЭ (глава 1.7) определены новые схемы заземления электроустановок и введена их классификация, буквенное обозначение.
В современной классификации представлено 5 типов заземления электроустановок:
- TN-C – старый вариант с выделенной заземленной «глухой» нейтралью.
- Вариант TN-S с разделенным нулевым и защитным (землей) проводником.
- Схема TN-C-S. Нейтраль (N) совмещена с защитным проводом РЕ.
- Схема ТТ. Защитный провод подключен к индивидуальному заземлению электроустановки.
- Вариант TI с изолированной нейтралью и собственным заземлением электроустановки.
Первая и последняя схемы представляют собой старые системы организации заземления токоведущих частей, существовавшие в шестом и более ранних изданиях ПУЭ. Их включили в классификацию, так как все электроустановки, трансформаторы, электрооборудование, проводка в промышленных и жилых помещениях выполнялась именно по этим двум схемам. Никто ничего менять не стал. Ни цвета проводников, ни схему подключения. Поэтому в седьмой редакции ПУЭ просто добавили в классификацию дополнительно 3 системы, используемые в импортном оборудовании.
Теперь заземленная линия относительно электроустановки обозначалась «Т», а изолированная – «I». «N» обозначался нулевой рабочий провод. В кабеле он всегда голубого цвета и используется для электроэнергии. Устанавливается на изолированных клеммах. Относительно «заземления» на грунте на нем будет присутствовать избыточный потенциал.
Для заземления корпуса электроустановок, соединения с контуром заземления (на грунте) используется провод с обозначением РЕ (желто-зеленый, полосатый). Это истинный ноль в проводке.
До 2009 г. ноль (заземления) в электроустановке выполнялся черным проводом. Поэтому прежде при осмотре или ревизии распределительного щита есть смысл в первую очередь поискать нулевой желто-зеленый и черный провода. Перед началом работ проверить индикатором, какой из них отвечает за заземление электроустановки.
Система заземления TN-C
Это старая схема с глухозаземленной нейтралью для сетей с электроустановками до 1000 В, в некоторых случаях до 6000 В. Здесь рабочий ноль и заземление совмещены в одной шине. Несмотря на «устаревшее» решение, такой вариант до сих пор используется в бытовых приборах, в старых линиях электропередачи.
Система TN-C считается одной из более эффективных способов защиты человека от ударов электрическим током. Но при условии правильного обустройства заземляющего устройства в грунте. Чтобы заземляющая часть проводки работала исправно, необходимо обновлять и периодически восстанавливать контур. Это наиболее слабое место во всей схеме TN-C.
Система заземления TN-S
Схема появилась в Европе лет 60-70 назад, и оказалось очень надежной, безопасной, но более дорогой в обслуживании. В СССР популярностью не пользовалась.
Вариант с изолированной нейтралью используется только в электроустановках до 1000 В. Схема TN-S применяется в условиях, когда нет возможности обустроить эффективное заземление с помощью рассеивающего металлического контура в грунте. Иногда используется на передвижных электрогенерирующих установках.
Импортная бытовая техника, привезенная из той же Восточной Европы, удивляла наличием на вилке дополнительной клеммы заземления. TN-S часто называют еврозаземлением, хотя это не совсем верно. Однофазная сеть с рабочим напряжением 220 В подается в квартиру 3 проводами (фаза, нейтраль и земля). Для трехфазного питания электроустановок соответственно требовалось 5 проводников.
Система TN-S означает, что нулевой защитный и «нейтраль» разделены на всей линии.
В данном случае PN – это нейтраль (провод голубого цвета), РЕ – чистый ноль «земля» (желто-зеленый полосатый проводник).
У системы TN-S есть ряд преимуществ:
Аппараты или устройства защиты работают по принципу измерения тока утечки во влажной среде. Как только ток утечки с фазы на землю (влажный пол, стены или любую другую поверхность) или на нейтраль превысит безопасный порог в 30 мА, автомат отключит линию от электропитания.
Система заземления TN-C-S
Данный вариант можно считать промежуточным решением или способом устранить проблему наличия в жилом фонде старых TN-C и более современных TN-S. Вопрос более чем актуален из-за массового строительства нового жилого фонда, а также проведения капитального ремонта старых квартир.
TN-C-S объединяет в себе элементы предыдущих систем заземления. У наиболее прогрессивной системы заземления электроустановок TN-S кабель в квартиру на распределительный щиток приходил с разделенной нейтралью и защитной линией. Причем весь пучок тянулся от трансформаторной подстанции. То теперь в частный дом (в подъезд многоэтажки) подавался кабель в котором для защиты и заземления (а также нейтрали) использовался один общий кабель PE-N или PEN.
На вводном щите PEN перекоммутируется 3 провода:
В итоге получается, что можно подключать импортные электроустановки, так как есть защитная и нейтральная линия. С другой стороны проводка в доме или квартире оборудована местным заземлением на грунте, что повышает уровень безопасности.
Система как бы объединила преимущества ТN-С и TN-S, но одновременно унаследовала и их недостатки. Например, в случае обрыва на линии PEN или если сгнил (часто бывает) отвод на дополнительный контур заземления, то через нейтраль на корпус электроустановки придет повышенный потенциал. Это уже чревато ударом тока.
Система заземления TT
На первый взгляд слегка необычная, но на самом деле очень практичная схема ТТ с двойным заземлением давно и массово использовалась в пригородах, в сельской местности, дачных участках и коттеджных поселках.
В соответствии с седьмой редакцией ПУЭ (п.1.7.3), системой ТТ называется схема у которой глухо заземляется нейтраль на трансформаторной подстанции (или распределительном трансформаторе), а также оборудуется заземление контуром открытых частей электроустановки. При этом оба заземления являются электрически независимыми.
Система простая и надежная, хотя до появления ПУЭ в редакции 2009 г. считалась рискованной и формально была под запретом. Сегодня использование для заземления электроустановок в частных домах разрешается лишь при выполнении следующих условий:
- Обустройство полноценного контура заземления в грунте.
- Установка системы выравнивания потенциала на всех металлических элементах в доме.
- Использование УЗО (устройства защитного отключения).
Пункт 1.7.59 ПУЭ определяет схему по которой должны быть включены приборы УЗО.
Наиболее сложным будет изготовление заземляющего контура. Мало выкопать траншею и сварить периметр из старого металлического уголка. Поверхность контакта металла и грунта должна быть достаточно большой, чтобы сопротивление заземления, измеренное специальным прибором, не превышало расчетной величины в Омах. Оно (R) не должно превышать частного от деления 50 на максимальную величину тока срабатывания УЗО. Из нескольких приборов выбирается тот, что имеет максимальный ток.
Система зануления потенциала представляет собой (медный) проводник, с помощью которого соединяются с заземлением основные металлические предметы, на которых может появиться избыточный потенциал. Это может быть:
Система заземления IT
Старый вариант, широко использовавшийся на просторах бывшего СССР во времена массового строительства «хрущевок». Схема заземления IT – это классика с изолированной нейтралью.
Корпус электроустановки-потребителя получает только 3 провода (трехфазный ток) и 2 – при однофазной сети. Ноль на сети потребителя заземляется в грунт по существующим правилам заземления.
Преимущества схемы:
- Случайное касание рукой к контактам или одному проводу под напряжением, но без изоляции, приводит к слабому пощипыванию вместо полноценного удара током.
- Малый ток утечки при замыкании нуля в проводке на заземленный корпус.
- Падение провода на грунт (обрыв на столбе) не приводит к появлению шагового напряжения.
Из недостатков можно отметить невозможность использования УЗО. Кроме того при включении мощной низкоомной нагрузки между нулем и одной из фаз, на третьем проводе возникает избыточный потенциал значительной величины.
Требования к заземлению электроустановок до 1000 Вольт
Оборудование заземляющих и защитных устройств со стороны трансформатора или генератора мало интересуют потребителей. Для тех, кто эксплуатирует электроустановки, пользуется бытовой техникой, важнее правильно сделать заземление.
Требования касаются заземления электроустановок до 1000 Вт:
- Обеспечить надежное соединение с минимальным сопротивлением току между корпусом электроустановки и грунтом.
- Обеспечить нормальное рассеивание избыточного потенциала, попавшего на корпус электроустановки вследствие аварийной ситуации.
- Не допустить появления шагового напряжения.
На правильно оборудованном заземлении при пробое изоляции ток пойдет по пути наименьшего сопротивления – через металлические части корпуса на заземляющую шину в грунт. Так как на подстанции или на промежуточном участке нуль также заземлен в грунт, то ток уйдет по грунтовым массам в направлении трансформатора. Из-за сопротивления грунтовых масс электроток рассеется, теряя потенциал.
В этом случае прикосновение сухой рукой к заземленному корпусу электроустановки будет абсолютно безопасным, даже если на нее частично пробьет повышенное напряжение. Сопротивление нормального заземления редко превышает нескольких Ом. Для сухой кожи человека этот показатель равен несколько тысяч Ом, для влажной (но не мокрой) – от 500 Ом до 1000 Ом.
Основные требования к обустройству защитного заземления для напряжений 42-380 В для переменного тока и 110-440 В для постоянного в особых условиях (наличие сред с высокой проводимостью) описаны в ГОСТ 12.1.013-78. В остальных случаях заземление электроустановок свыше 380 В переменного напряжения и 440 В постоянного выполняется на основании ГОСТ 12.1.030-81.
Естественные заземлители
Это предметы и среды, способствующие стеканию потенциала напряжения в рассеивающую ток земляную массу. Заземлители могут быть искусственными и естественными. К первым относят специально изготовленные рассеивающие массы и устройства с заданными характеристиками. Ко вторым – любые предметы из металла на поверхности грунта, уложенные в приповерхностный слой почвы. Это могут быть:
Все это так или иначе контактирует с почвой и при наличии проводящей среды (увлажнения) могут выполнять роль естественного заземления. Кроме возможности передать потенциал в грунт, естественные заземлители характеризуются способностью рассеивать ток, частично гасить и переводить его энергию в тепло.
Естественные заземлители могут помочь в рассеивании избыточного потенциала, а могут стать причиной поражения током при неисправном заземлении. Например, если в ванной комнате розетка или корпус электроустановки не заземлены или шина заземления неисправна. Плюс ко всему – пол на железобетонной плите перекрытия.
Бетон легко поглощает воду и влага просачивается до стальной арматуры (один из видов естественного заземлителя). Избыточный потенциал от фазы в розетке может стекать по влажной поверхности до смесителя с водой. Если стать босыми ногами на пол и прикоснуться к крану можно получить сильный удар током. Поэтому пол в ванной комнате или в кухне нужно покрывать гидроизоляцией.
Важность сопротивления стеканию току
Наиболее важной характеристикой заземления считается величина сопротивления рассеивания избыточного потенциала. Работу заземляющего контура можно представить как замкнутую цепь, в которой ток с фазовой линии попадает корпус электроустановки, далее по пути наименьшего сопротивления направляется в грунт.
Электрический ток, стекающий в контур заземления, необходимо эффективно гасить. Поэтому заземляющий контур делают не просто из массивных стальных профилей или труб с относительно большой площадью поверхности. Периметр должен быть большим – это улучшает «разброс» тока в проводящей массе.
Поэтому заземление мощных электроустановок с рабочим напряжением 380–660 В делают в виде прямоугольного контура с большой протяженностью периметра. Чем больше габариты прямоугольника, тем лучше рассеивание тока и ниже сопротивление.
Сильно снижать сопротивление заземляющего устройства тоже не рекомендуется. Величина рассеивания тока должна соответствовать рекомендациям ПУЭ и ГОСТа, и самое главное – быть относительно постоянной в любое время года.
Особенно это важно в тех случаях, когда подстанция или трансформатор с заземленной нейтралью расположены недалеко от дома. Например, если частный дом в городской застройке с многочисленными подземными коммуникациями, то вполне возможно, что стальные водопроводные трубы могут резко снизить сопротивление «земли» и привести к аварии на электроустановке.
Иногда владельцы ограничиваются обычным штыревым заземлением. Это проще и дешевле, чем контур, а для небольших бытовых электроустановок вполне достаточно. Но в этом случае возникает вторая проблема. Электрический ток, попадающий на почву с корпуса электроустановки по шине заземления, сам создает на грунте дополнительный потенциал. Чем выше напряжение на линии – тем выше потенциал на стоке. Особенно, если детали заземляющего контура вкопаны на небольшую глубину.
Так как площадь контакта металлического стержня с грунтом невелика, то сопротивление заземляющего контура большое. Избыточный потенциал растекается радиально от стержня, уменьшаясь на поверхности по мере удаления точки установки. Появляется шаговое напряжение.
Это значит, что в дождь, погоду туман или мокрый снег любой, кто решит пройтись во влажной обуви рядом с заземляющим штырем, получит по ногам болезненный удар током.
Если попали в такую зону, то выходить из нее можно лишь прыжками, плотно прижав ступни ног друг к другу.
Обычно такие зоны возникают рядом с высоковольтными электроустановками.
Работа заземления при нарушении защитной изоляции токоведущих частей
Ситуация, когда была нарушена изолирующая оболочка кабеля на линии, не рассматривается. В сети имеется свое заземление и если произойдет пробой изоляции, то автомат отключит линию.
В домашних условиях или на рабочем месте повреждение изоляции фазы возможно:
- В системе TN-S (повсеместно устанавливаемой в современных жилых помещения) избыточный потенциал попадет на корпус, соответственно ток уйдет по защитному проводнику PE в контур заземления, подключенный к распредщиту.
- Если изоляцию фазы не пробило, а проводка подгорает небольшими импульсами. Во влажных помещениях при прикосновении к металлическим частям или токоведущим деталям можно ощущать небольшие покалывания (удары потенциалом). Проблемы не будет если на линии с поврежденной проводкой стоит УЗО – оно просто отключит проводку на щите.
Примерно такая же картина будет в случае заземления домашних электроустановок по схеме TN-C-S. Только избыточный потенциал уйдет в заземляющий контур подъезда. Единственный минус – общее заземляющее устройство, подключенное к щитовой многоквартирного дома, может быть оборвано или повреждено. В этом случае можно получить удар током, так как защитный проводник РЕ, который должен заземляться, еще и подключается к нейтрали, ведущей к подстанции.
Системы TT и IT в бытовых условиях не используют.
В схеме Т-С при повреждении изоляции ток частично уйдет на нулевую линию и частично на заземляющий контур, закопанный во дворе дома. Если он исправен, то ничего не случится. Просто в случае замыкания автомат-пакетник обесточит линию. Можно безопасно прикоснуться к корпусу, но не касаясь других металлических предметов.
Иногда легкий, едва заметный удар все же происходит. Но это явление связано с тем, что тело человека обладает собственной емкостью.
Защита электрооборудования в цехах
В производственных помещениях, как правило, установлено значительное количество основного и вспомогательного оборудования. Кроме того, в цеху обязательно есть системы вентиляции и освещения, которые подключаются к отдельной линии.
Освещение должно быть независимым по правилам противопожарной безопасности, Вентиляция дополнительно оборудуется целой сеткой вспомогательных (изолированных) проводников с разрядниками и искусственными заземлителями. С их помощью убирается высоковольтный потенциал статического электричества, накапливающихся на вентиляционных каналах при движении воздуха.
Обе системы заземления должны быть гальванически независимыми от основной системы защиты электрооборудования. TN-C и TN-S могут применяться в небольших обособленных помещениях с максимальным напряжением электроустановок до 380 В.
Для защиты электроустановок в цехах используют 2 системы заземления – TT и ТI. Кроме того выполняется зануление всех коммуникаций и металлических частей с которыми контактируют рабочие, обслуживающие. Система вторичного зануления предусматривает подключение к дополнительному заземлению арматуры железобетонных плит полов, стен, лестничных маршей с перилами.
Заземление сварочных аппаратов
Данный тип электрической машины выпадает из ряда электроустановок по многим причинам. Прежде всего из-за огромных токов, благодаря которым на кабелях сварочного аппарата образуются вторичные наводки. Если в обычных электроприборах на корпусе от работающего двигателя или блока питания наводилась разность потенциалов в единицы вольт, то у сварочника наводка может составлять несколько десятков вольт.
Второй важный момент – индуктивный и периодический характер нагрузки. Кроме того, на ноль сварочного аппарата попадают значительные токи, а заброс потенциала в момент включения кратковременно может достигать более сотни вольт.
Особенности заземления сварочных аппаратов:
- Для каждой электроустановки должен быть свой индивидуальный заземляющий контур.
- Подключение нескольких аппаратов на одно заземление не допускается.
- На корпусе электросварки должна быть приварена клемма под винт – гайку(барашек) или струбцину, контакт от шины на «землю» должен зажиматься механически.
Согласно ПУЭ-7 (пп.1.7.112-1.7.226), заземляющий стационарную электроустановку провод должен быть с сечением не менее 10 мм2 для меди, 16 мм2 для алюминия, 75 мм2 для стали.
Сварочные инверторы и все подобные типы электроустановок можно заземлять по схеме изолированной нейтралью при условии установки на выделенную линию автомата УЗО.
Защита передвижных установок
Как правило, речь идет об электроустановках, размещенных на базе транспортных средств. Для ремонтных мастерских, передвижных сварочных аппаратов, устанавливаемых на необорудованных площадках на относительно длительное время (до 2-х недель), может применяться заземление по схеме ТТ.
Для подвижных измерительных лабораторий, радиостанций, оборудования с небольшой нагрузкой по току, используется схема ТN-S. В обоих случаях заземление оборудуется с помощью стандартного алюминиевого кола-заземлителя со шнековой насадкой. Его нужно завернуть в грунт на глубину не менее 80 см, в случае, если на площадке имеется травяной покров. Это говорит о том, что почва влажная. Для сухих площадок под заземление электроустановок используют контур из 3 стальных штырей, забиваемых на глубину до 100-120 см.
Можно использовать переносные заземлители. Их применяют электрики для ремонта и обслуживания наружных электроустановок всех типов. Любая станция, генератор, трансформатор имеют собственную емкость, а наличие воздушных линий (проводов), подвешенных на столбах над землей, только увеличивает величину С. Поэтому после обесточивания вторым действием выполняется монтаж «земли» (переносных заземлений) на все линии. Их же можно использовать для временного заземления передвижных электроустановок.
Защита электроприборов
Схемы защитного заземления промышленных электроустановок и приборов детально расписаны в технической документации. А вот бытовая техника, даже относительно сложная, такая как котел или стиральная машина, не комплектуется схемой заземляющего устройства. Считается, что устанавливать электроустановку будут представители фирмы – они и сделают заземление.
Заземлять нужно любой бытовой электроприбор с рабочим переменным напряжением 42 В или постоянным – 110 В и выше. Это требование п.1.7.33 ПУЭ. Исключение электрики обычно делают для систем освещения с которыми нет постоянного контакта. Все остальное, за что беремся руками и имеет подключение к сети 220 В, – однозначно заземляем.
Обычно для бытовых электроустановок применяется схема TN-C-S или TN-C. Используется защитный РЕ есть в розетке. Он же идет на распределительный щит и общее заземление.
Если в квартире есть мощные электроустановки (бойлер, стиралка, котел отопления), то лучше сделать индивидуальное заземление с контуром в грунте. Тем более не факт, что общая «земля» на вводном щите многоэтажки, на которой висит 20-25 квартир в случае форс-мажора сработает на все 100%.
Заземлять нужно также электроустановки, оборудованные импульсными блоками питания. Это позволит убрать высокочастотные наводки и ликвидировать риск попадания фазы на корпус через благодаря току утечки сетевого фильтра.
Обязательно заземляем холодильник, это вторая по статистике (после электробойлеров) причина ударов электрическим током.
Основы заземления электродвигателя
Примерно половина всех электроустановок оборудованы электродвигателями, чаще всего это моторы переменного тока. Особенность мотора компрессора – большое количество проводов, уложенных в статорной или роторной обмотке. Причем провода в очень тонкой, в легко повреждаемой лаковой или эмалевой изоляции.
Поэтому неисправность электромотора чаще всего становится причиной ударов током:
- Изоляция минимальная, сильный нагрев обмоток.
- Провод может контактировать с корпусом.
- Ротор даже после выключения электроустановки вращается и может выдать запасенную энергию как в линию, так и на корпус.
Для заземления электродвигателей используют рассеивающий контур, подсоединенный проводом или шиной через клемму на корпусе. Питающая проводка подключается к двигателю по системе ТТ. Если в помещении установлены несколько электродвигателей, то все они подсоединяются к токоведущей шине самостоятельным проводом параллельно шине – никаких последовательных соединений не допускается.
Для маломощных электродвигателей 220 В иногда делают исключение с защитным проводом, но только в том случае, когда мотор установлен на металлическом основании, зафиксирован с помощью шпилек-костылей, забитых в грунт на глубину не менее 60 см.
Но даже в таком варианте «земли» обслуживание электродвигателя нужно начинать с полного обесточивания и подключения дополнительного к корпусу выносного заземления. Сначала устанавливают заземляющий контур, лишь затем крепят на корпус мотора. Это универсальное правило подключения все типов заземлений.
Итоги
Заземление электроустановки – это единственный способ защититься от ударов тока, как со стороны питающего трансформатора, так и со стороны остаточного потенциала, оставшегося на линии. Несмотря на то, что в ПУЭ некоторые практические моменты не детализированы, при работе с электрооборудованием нужно пользоваться именно правилами, лишь затем инструкцией производителя.
Расскажите о своем опыте заземления установок – с какими проблемами приходилось сталкиваться и как они решались. Сохраните статью в закладках, чтобы полезная информация не потерялась.