CC BY
18УДК 621.3
Е.В. Филимонов
ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА КАК СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
В статье произведен краткий обзор заземляющих устройств для защиты людей от поражения электрическим током полагаясь на Государственные стандарты. Также рассмотрены виды, монтаж, и эксплуатация заземляющих устройств.
Ключевые слова: заземляющие устройства, электроустановка, за-землитель, сопротивление, зануление, напряжение, металлический.
Заземляющие устройства (далее ЗУ) являются важной и неотъемлемой частью электроустановок (далее ЭУ) до и свыше 1000В. С увеличением разнообразия ЭУ зданий и сооружений повысились их потребляемые мощности и опасность поражения током т.к. большое количество ЭУ работают в непригодных условиях. На это влияют (атмосферные воздействия, содержание опасных паров, газов, пыли, большая влажность, вибрация и другое), все перечисленное плохо сказывается на изоляции. В этих условиях растет возможность появления потенциала на корпусах трансформаторов, электромашин, генераторов, приборов и другого оборудования. В некоторых случаях представляет собой большую опасность для поражения электрическим током при прикосновении.
Для защиты от поражения электрическим током применяют защитное заземление и зануление, ему подлежат, все металлические части ЭУ до и свыше 1000 В, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.
Принятые системы обозначения для ЭУ напряжением до 1000 В.
1. Система ТМ - нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников. [1]
2.Система ТМ-С - нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении. [1]
3.Система ТМ-8 - нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении. [1]
4.Система ТМ-С-8 - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания. [1]
5.Система 1Т - нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены. [1]
6.Система ТТ - нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глу-хозаземленной нейтрали источника. [1]
В перечисленных обозначениях первая буква - состояние нейтрали источника питания относительно земли: [1]
Т - заземленная нейтраль;
I - изолированная нейтраль.
Вторая буква - состояние открытых проводящих частей относительно земли: [1]
Т - открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;
N - открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.
Последующие (после N буквы - совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:[1]
8 - нулевой рабочий (№) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены;
© Филимонов Е.В., 2017.
Научный руководитель: Королев Антон Михайлович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроэнергетика и электротехника», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г.Зернограде, Россия.
С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник);
N - нулевой рабочий (нейтральный) проводник;
РЕ - защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);
PEN - совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
В качестве заземлителей могут быть использованы находящиеся в
контакте с землей металлические конструкции (стержни, трубы, полосы, плиты, листы, проволока), металлическая арматура железобетона, фундаментные заземлители, подземные сооружения, ( не относящиеся к трубопроводам с газом или горючими жидкостями, систем отопления) трубы, металлические оболочки кабелей которые не подвержены коррозии.
В наружных ЭУ заземлению и занулению подлежат:
- корпуса (электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников);
- приводы электрических аппаратов, корпуса щитов и шкафов,
- опоры воздушных линий передач, конструкции подстанций (металлические и железобетонные);
- кабельные конструкции, оболочки кабелей и проводов и т.д.
ЗУ могут быть раздельными либо объединенными в зависимости от требований, предъявляемых к электроустановке. Оно должно быть выбрано и выполнено так, чтобы:
- значение сопротивления растеканию тока заземлителя соответствовало требованиям нормативных документов и обеспечивало безопасный режим работы и защиты ЭУ в течение всего периода эксплуатации;
- стекание тока утечки и замыкания на землю не создавало опасности, в отношении термической стойкости, динамической стойкости и нагрева ЗУ;
- была обеспечена нужная прочность или дополнительная механическая защита в зависимости от требований заказчика;
- были приняты необходимые меры по предотвращению выхода из строя металлических частей в результате воздействия электролиза.
Понятие терминов защитного заземления и зануления.
1. Заземление - осознанное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с ЗУ.
2. Заземляющее устройство - совмещенность заземлителя и заземляющих проводников.
3. Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях обеспечения электробезопасности.
4. Защитное зануление - специальное электрическое соединение открытых проводящих частей ЭУ, не находящихся в нормальном режиме под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора или генератора в трехфазной сети, с глухозаземленным выводом источника однофазной сети, с заземленной точкой источника в сети постоянного тока.
Защитное заземение делится на два вида:
1. Искусственный заземлитель - специально выполненые для целей заземления. [2]
2. Естественный заземлитель- сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления. [2]
Выполнение искусственных заземлителей в ЭУ до 1000 В не обязательно, если при применении естественных заземлителей сопротивление ЗУ либо напряжение прикосновения имеет допустимое значение, а также обеспечиваются допустимые значения напряжения на ЗУ и допустимые плотности токов в естественных заземлителях. Использование естественных заземлителей в качестве элементов ЗУ не должно приводить к их повреждению или к дезорганизации работы устройств при протекании по ним токов короткого замыкания.
Металлические и железобетонные конструкции при использовании их в качестве ЗУ должны образовывать непрерывающуюся металлосвязь. Для присоединения электрического и технологического оборудования в железобетонных конструкциях должны предусматриваться закладные детали. В качестве естественных заземлитеей запрещено использовать трубопроводы горючих жидкостей, отопления, канализации, взрывоопасных газов, алюминиевые оболочки кабелей.
Сопротивление растекания заземлителей и напряжение прикосновения должно быть в пределах нормы в любое время года. ЗУ используемое в ЭУ различных назначений и напряжений, обязано удовлетворять всем требованиям этих ЭУ.
В качестве заземляющих и нулевых защитных проводников рекомендуется использовать предназначенные для этой цели проводники, а также конструкции металлического типа, строительные и электромонтажные конструкции. Для переносных однофазных приемников электрической энергии, в каче-
стве заземляющих и нулевых защитных проводников необходимо использовать предназначенные для этого проводники, предусмотренные заводом изготовителем на этом оборудовании.
На весь срок эксплуатации заземляющих и нулевых защитных проводников их материал, конструкция и размеры, должны обеспечивать устойчивость к неблагоприятным условиям.
Для выравнивания потенциалов металлические строительные и производственные конструкции должны быть присоединены к сети заземления или зануления. При этом естественные контакты в сочленениях являются достаточными. [3]
В качестве искусственных заземлителей применяются:
- углубленные заземлители из полосового или пруткового металла которые укладываются на дно траншеи или котлована горизонтально в виде контура по периметру здания.
- вертикальные заземлители из углового металла (с толщиной металла не менее 4 мм) и металлических труб (с толщиной металла не менее 3.5 мм) забивают или вдавливают на глубину 2.5 - 3 м, стальные стержни диаметром не менее 12мм ввертывают или вдавливают на глубину 4.5 - 5 м. После заглубления верхний конец заземлителя должен выступать на 100 - 200 мм из земли относительно дна траншеи или котлована. Расстояния между вертикальными заземлителями должно быть равным либо больше его длины. (рис. 1)
- горизонтальные заземлители из металлической полосы (с толщиной металла не менее 4 мм) или металлические стержни (диаметром не менее 10 мм). Они применяются для металлосвязи с вертикальными заземлителями или как самостоятельные заземлители, и прокладываются по дну траншеи на глубине 700-800 мм. (рис. 1)
Рис. 1. Вертикальный и горизонтальный заземлитель
Защитному траншеи заземлению или занулению подлежат металлические
части ЭУ, защитное доступные для конструкция прикосновения объекта (человека течение или животного) и совмещенность не имеющие другой различных защиты, которая может области выполнять функцию течение электробезопаности.
Защиту глубину при косвенном кабелей прикосновении следует требованиям выполнять безотлагательно, при качестве номинальном напряжение зануление в ЭУ болеее 50 В стекание переменного тока (действующее понятие значение) или стекание более 120 В постоянного (выпрямленного) тока сопротивление во всех электроустановках. [4]
В относящиеся помещениях с повышенной толщиной опасностью и особо функцию опасных ЭУ выполнение траншеи защиты может переменного быть выполнено переменного при более сети низких напряжениях, динамической например, 25 В понятие переменного и 60 В весь постоянного тока этой или 12 В защитное переменного и 30 В перед постоянного тока если понятие это указано сооружений в правилах.
Защиты требованиям от прямого прикосновения необходимо не требуется, если рабочие электрооборудование находится может в области системы имеющие управления потенциалов, стальных а наибольшее рабочее защиты напряжение не превышает 25 В укладывают переменного или 60 В случаях постоянного тока растекания в помещениях без трехфазной повышенной опасности диаметр и 6 В переменного или 15 В укладывают постоянного тока - во конструкции всех случаях. [1]
Элементы ЗУ не должны иметь окраски и их нужно очищать от окиси, и других веществ увеличивающих сопротивление растекания заземлителя. Если почва, в которую укладывают заземлитель, агрессивная, то применяют специальные (оцинкованные) электроды. Их погружают в почву с помощью специальных приспособлений или вручную.
Сборка частей заземлителя между собой происходит на дне траншеи, а также соединение заземли-телей с заземляющими проводами нужно выполнять сваркой (рис. 2). Сварные швы, необходимо покрывать средствами для защиты от окиси. После сборки ЗУ и перед засыпкой котлована нужно составить акт на скрытые работы по монтажу, исполнительную схему, а также паспорт на ЗУ.
Высыхание и промерзание грунта не должно сказываться на показатели сопротивление растекания заземлителя. Заземлители должны быть устойчивыми к неблагоприятным условиям эксплуатации. При проектировании заземления нужно брать в расчет увеличение сопротивления растекания заземляющего устройства из-за коррозии металла.
В качестве заземлителей могут быть использованы находящиеся в контакте с землей металлические конструкции (стержни, трубы, полосы, плиты, листы, проволока), металлическая арматура железобетона, фундаментные заземлители, подземные сооружения, (не относящиеся к трубопроводам с газом или горючими жидкостями, систем отопления) трубы, металлические оболочки кабелей которые не подвержены коррозии.
Рис. 2. Соединение заземлителей: а - ширина полосовой стали; (1 - диаметр прутковой стали
В доступном месте должно быть обеспечено отсоединение заземлителя от заземляющего проводника для измерения сопротивления растекания ЗУ. Это отсоединение должно быть предусмотрено на главной заземляющей шине и выполняться только с помощью инструмента, быть прочным и предоставлять непрерывность электрической цепи.
Защитное заземление зачастую еще в проектировании может не соответствовать нормам и стандартам. При расчетах не учитывают неоднородности грунтов, а берут за основу сопротивление верхних слоев земли, который подвержен сезонным изменениям. Чтобы узнать структуру грунта нужно применить зондирование почвы, которое существенно увеличит стоимость проекта и увеличит сроки его подготовки. Чаще всего слои земли расположены горизонтально, и имеют разный минеральный состав, плотность, влажность и т.д. Поэтому сопротивление растекания заземлителей может существенно отличаться в зависимости от слоев грунта.
Данная проблема еще недостаточно изучена и только предстоит более полное и глубокое исследование в этой области
Библиографический список
1.Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. Москва. Энергосервис. 2007 г. 457с.
2.ГОСТ Р 57190-2016 «Заземлители и заземляющие устройства различного назначения» Москва. Стандар-тинформ. 2016 г. 35с.
3.ГОСТ 12.1.030-81 «Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление (с изменением N 1)» 2001 г. 10с.
4.Карякин Р.Н. Нормы устройства сетей заземления. Справочник. 2-е издание. Москва. Энергосервис. 2006 г.
355с.
ФИЛИМОНОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ - магистрант энергетического факультета, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО Донской ГАУ в г.Зернограде, Россия.
