Защитное заземление

Защитным заземлением принято называть целенаправленное подсоединение элементов оборудования, которые в аварийной ситуации могут оказаться под током, к специально обустроенным для этого приспособлениям, называемым заземлителями. В особо оговоренных ПУЭ случаях в качестве таких заземляющих устройств (ЗУ) допускается использовать элементы прокладываемых в земле конструкций (трубы, арматуру фундаментов и другие подземные коммуникации). С общим видом такого устройства можно ознакомиться на рисунке ниже.

Общий вид защитного заземления

Целью организации защитного заземления является необходимость снизить потенциал корпуса оборудования, случайно оказавшегося под напряжением, до практически безопасного для человека уровня.

Принцип действия

По завершении рассмотрения вопроса о том, что такое защитное заземление, можно будет перейти к разъяснению, в чём заключается его принцип работы. Для понимания сути защитного действия ЗУ необходимо усвоить следующее:

• Во-первых, при наличии прямого контакта с землей потенциал металлических частей любого работающего оборудования автоматически понижается до минимума (практически до нуля);
• Во-вторых, при аварийном попадании на корпуса аппаратуры, приборов и других токопроводящих элементов высокого напряжения по электрической цепи в направлении к ЗУ начнёт стекать ток;
• Для его растекания используются специальные приспособления, которые называются заземлителями;
• Они оборудуются в грунте рядом с защищаемой конструкцией.

Для более чёткого понимания, для каких целей применяется защитное заземление, рассмотрим следующий рисунок.

Принцип работы ЗУ

Из него видно, что при наличии защитного заземления в ситуации, когда напряжение из рабочих цепей попало на корпус оборудования (вследствие износа изоляции, например) прикоснувшемуся к нему человеку ничего не угрожает. Дело в том, что попавшее на корпус напряжение сразу же снижается до безопасного значения, определяемого величиной тока стекания и сопротивлением самого заземлителя.

Данный вид защиты электроустановок находит широкое применение в 3-х фазных питающих сетях с действующим напряжением до 1000 Вольт, включённых по схеме с изолированной нейтралью. Описанный выше принцип также применяется в специальных защитных устройствах, обеспечивающих стекание природного заряда в землю (в молниеотводах).

Состав заземлителей

Классическое ЗУ представляет собой конструкцию, состоящую из металлического заземлителя и целого набора медных жил, соединяющих с ним защищаемые части оборудования. По своему непосредственному назначению и способу обустройства все известные ЗУ делятся на искусственные и естественные.

Для организации защитного заземления действующего оборудования, прежде всего, рекомендуется выбирать естественные заземлители, функцию которых могут выполнять:

• Проложенные глубоко под землёй водопроводные трубы (смотрите фото ниже);

Естественные заземлители

• Имеющие надежный контакт с землей металлоконструкции (включая элементы зданий и сооружений);
• Металлизированные и стальные оболочки проложенных в грунте кабельных линий (помимо алюминиевых защитных покрытий);
• Элементы артезианских скважин (обсадные трубы, в частности).

Также важно отметить, что такие конструкции присоединяются к заземляющим элементам не менее чем в 2-х разных точках.

В качестве искусственно сооружаемых заземляющих приспособлений обычно применяются следующие металлические заготовки:

• Стальные трубные отрезки, имеющие толщину стенок порядка 3-3,5 мм (диаметр – около 3-5 см и длину – 2-3 метра);
• Полоски из того же материала толщиной примерно 4 мм;
• Уголки стальные той же толщины;
• Стальные прутки диаметром не менее 1 см (длиной до 10 метров).

В качестве материала для заземлителей, размещаемых в кислотных и щелочных почвах с угрозой их сильного коррозийного разрушения, рекомендуется применять чистую медь (или оцинкованную сталь).

Конструкции ЗУ и их виды

Основным элементом действующего ЗУ является одиночный заземлитель, выполняемый в виде забиваемого в грунт штыря (его ещё называют электродом). В случаях, когда заземляющая конструкция изготовлена из нескольких соединенных между собой штырей, её называют групповой (смотрите рисунок, размещённый далее по тексту).

Споттер из сварочного аппарата своими руками

Конструкция группового заземлителя

Перед погружением в почву вертикально монтируемых электродов сначала вырывается траншея на глубину порядка 0,7-0,8 метров, после чего в уже готовые канавки в определённых точках кувалдой забиваются трубы или уголки.

По завершении рытья траншеи на концы труб или уголков на расстоянии примерно 20 см от верхнего среза на сварку присоединяются подготовленные ранее стальные полосы.

Согласно действующим нормативам (ПУЭ, в частности), защитное заземление может быть обустроено одним из следующих способов:

• Расположением одиночных заземлителей в виде компактной наружной конструкции, которая называется выносной (смотрите размещённую ниже картинку);

Выносная заземляющая система

• Путём распределения тех же элементов вдоль контура защищаемого объекта (помещения). Такая конструкция может обустраиваться как снаружи, так и внутри зданий и называется контуром заземления.

При контурном расположении штырей легко удается реализовать так называемое «выравнивание потенциалов», необходимое в случае однофазного замыкания на нуль. Помимо этого, в данном случае проявляется эффект взаимного влияния одиночных заземлителей, который позволяет снизить такие важные показатели системы, как напряжение в точке прикосновения и разность потенциалов на расстоянии человеческого шага.

В отличие от контуров выносные конструкции этими свойствами не обладают, но зато они позволяют произвольно выбирать место для обустройства заземления.

Внутри помещений при контурной защите заземляющие шины и проводники располагаются с учётом следующих требований ПУЭ:

• Они прокладываются в местах, обеспечивающих свободный доступ (на случай осмотра и ремонта, например) и исключающих возможные механические и ударные повреждения;
• При размещении на полу зданий заземляющие проводники должны помещаться в специально подготовленные для этого канавки;
• На объектах повышенной влажности и в складских хозяйствах с хранящимися в них летучими парами химикатов заземляющие шины следует прокладывать по периметру помещения, зафиксировав их скобами на удалении примерно 10 мм от стены;
• Каждый корпус действующей установки присоединяется к распределённому магистральному или выносному заземлителю посредством отдельного ответвляющего проводника.

Важно! Образование последовательной цепочки, состоящей из нескольких образцов заземляемого оборудования, правилами ПУЭ категорически запрещено.

Указанный запрет объясняется невозможностью получить при последовательном включении нормированную величину переходного сопротивления, обеспечивающего заданную эффективность действия системы.

Основные характеристики ЗУ

Основным показателем эффективности действия любого контура является величина сопротивления защитного заземления (Rз). Она представляет собой сумму переходных сопротивлений всех элементов конструкции ЗУ, включая контакты заземлителя с грунтом и подводящими шинами (проводниками).

Для практического определения величины этого показателя можно воспользоваться известным из школьной программы законом Ома. Согласно ему, Rз вычисляется как отношение напряжения в точке подключения медного отводящего проводника к корпусу защищаемого устройства к протекающему по всей заземляющей цепочке аварийному току.

Из этого определения следует, что для повышения эффективности действия любой заземляющей конструкции необходимо свести к минимуму сопротивление стеканию тока в почву.

Рассматриваемый нами показатель (величина Rз) в значительной мере зависит от следующих параметров:

• Сопротивление грунта в месте растекания аварийного тока;
• Конструкция заземлителя и его типоразмер;
• Характеристики заземляющего устройства, определяемые взаимным расположением его элементов.

Помимо этого, данный показатель непостоянен во времени и изменяет свою величину в зависимости от сезона. Так, наибольшего значения он достигает при сильном промерзании грунта зимой или в засушливую летнюю пору. Нормированная ПУЭ величина переходного сопротивления для большинства промышленных и жилых объектов, включая загородные дома и дачные подсобные строения, не должна превышать 4 Ом (смотрите таблицу ниже).

Нормы по сопротивлению Rз

Исходя из этого, в технической документации оговаривается допустимое значение для напряжения прикосновения, не превышающее показатель в 40 Вольт.

В заключение – несколько слов о том, как можно снизить сопротивление ЗУ в обычных условиях эксплуатации этих конструкций. Специалисты советуют выбирать под их размещение влажные суглинистые почвы с большим содержанием солей. При невозможности подобрать подходящее для контура место следует искусственно повышать его проводимость за счёт добавлении минеральных солей в жидком растворе.

Видео

Автор:

Кoкушкин Сeргей Виктopoвич