Рабочее и защитное заземление: описание, принцип действия и назначение, схемы подключения и отличия,

Обновлено: 24.03.2023

Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

Защитное заземление —это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Цель защитного заземления —снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие,- ток, проходящий через тело человека, при его прикосновении к корпусам.

При электрическом переменном токе промышленной частоты (50 герц) берут во внимание только активное сопротивление человека (его тела) и соотносят его с величиной равной 1 кОм. При длительном прохождении тока сопротивление тела снижается до 500 - 300 Ом.

Примечание: сопротивление тела человека постоянному току от 3 до 100 кОм.

risunok1.png

Расчеты, приведенные на рисунках, весьма приблизительны, но показывают оценить эффективность защитного заземления.

Существенное влияние на ток, проходящий через человека, оказывает величина тока короткого замыкания и сопротивление системы заземления. Наибольшее допустимое значение сопротивления заземления в установках до 1000 В: 10 Ом — при суммарной мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее, 4 Ом — во всех остальных случаях.

Указанные нормы обосновываются допустимой величиной напряжения прикосновения, которая в сетях до 1000 В не должна превышать 40 В.

Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а в сетях напряжением 1000 В и выше — с любым режимом нейтрали.

1. Каждый корпус электроустановки должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления. Последовательное включение нескольких заземляемых корпусов электроустановок в заземляющий проводник запрещается.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.


Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземлители

1.Естественные

- водопроводные трубы, проложенные в земле (ХВ)

- металлические конструкции здания и фундаменты, надежно соединенные с землей

- металлические оболочки кабелей

- обсадные трубы артезианских скважин

- газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями

- алюминиевые оболочки подземных кабелей

- трубы теплотрасс и горячего водоснабжения

Соединение с естественным заземлителем должно быть не менее чем в двух разных местах.

2. Искуственные

Контурные


При контурном заземлении обеспечивается выравнивание потенциалов в защищаемой зоне и уменьшается напряжение шага.

Выносные: групповые и одиночные

Позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта.

Традиционно, для искусственных заземлителей применяют угловую сталь толщиной полки не менее 4 мм, стальные полосы толщиной не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром от 10 мм.

Широкое распространение в последнее время получили глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами, которые по долговечности и затратам на изготовление заземлителя существенно превосходят традиционные методы.

Особая проблема - создание качественного заземления в условиях вечной мерзлоты. Здесь стоит обратить внимание на системы электролитического заземления, позволяющие эффективно решить проблему.

risunok3.png

Основная система уравнивания потенциалов.

Построение основной системы уравнивания потенциалов - создание эквипотенциальной зоны в пределах электроустановки с целью обеспечения безопасности персонала и самой электроустановки при срабатывании системы молниезащиты, заносе потенциала и коротких замыканиях.

Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

1 ) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;

2 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;

3 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;

4)металлические трубы коммуникаций , входящих в здание…

5 ) металлические части каркаса здания;

6 ) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….

7 ) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;

8 ) заземляющий проводник функционального ( рабочего ) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

9 ) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов. (ПУЭ п. 1.7.82)

risunok4.png

Несоединенный с ГЗШ элемент конструкции, инженерной системы, независимой системы рабочего заземления ( FE ) и тд. - грубейшее нарушение целостности основной системы уравнивания потенциалов. Появление разности потенциалов ( возможность искры ) - угроза жизни персонала и безопасности объекта.

Примечание: разрядник, указанный на рисунке - специализированный искровой разрядник с малым напряжением срабатывания для систем уравнивания потенциалов. Например: серии «KFSU», «EXFS..» компании DEHN.

Система дополнительного уравнивания потенциалов

- должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток (ПУЭ п. 1.7.83).

risunok5.png

Система дополнительного уравнивания потенциалов значительно улучшает уровень электробезопасности в помещении. Короткие проводники защитного заземления и уравнивания потенциалов, сведенные на шину, формируют эквипотенциальную зону по принципу аналогично основной системы уравнивания потенциалов.

risunok6.png

Как видно из рисунков, схема электропитания претерпевает существенные изменения. Чрезвычайно важно обеспечить соединение контактов заземления розеток и клемм заземления стационарных приборов на шину дополнительного уравнивания потенциалов. При этом, даже если не будет выполнено соединение корпусов приборов с шиной ( безалаберная эксплуатация, особенно переносных приборов ) система сохранит свою эффективность по безопасности. Ситуация, когда земли розеток и приборов не подключены к шине, а сторонние проводящие части гарантированно соединены с шиной уравнивания потенциалов, в разы ухудшает электробезопасность в помещении даже по сравнению с классической схемой питания.

Сторонняя проводящая часть - проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки.

Если формально подходить к определению, то и металлическая дверная ручка и петли на деревянной двери в деревянном доме являются сторонними проводящими частями.

При формировании дополнительной системы уравнивания потенциалов возникает вопрос, что подключать, а что не подключать на шину дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы добиться необходимого уровня электробезопасности и не делать систему слишком громоздкой. Здесь, с точки зрения здравой логики, можно руководствоваться двумя принципами:

  1. Фактическая ( потенциальная ) возможность связи с «землей».
  2. Возможность появления потенциала на сторонней проводящей части при аварии электрооборудования в процессе эксплуатации.

Примеры сторонних проводящих частей подключаемых / не подключаемых к шине дополнительного уравнивания потенциалов:

Сторонняя проводящая часть

Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.



Металлическая полка, закрепленная на стене из железобетона.


(потенциальная связь с «землей» за счет крепежа к стене)

На полке расположен электроприбор.

(возможность появления потенциала при аварии прибора с классом изоляции I)

Металлическая тумбочка с резиновыми (пластиковыми) колесиками на бетонном полу.

Металлическая тумбочка с резиновыми колесиками на бетонном полу.

В помещении грязь и пыль в сочетании с повышенной влажностью.

(потенциальная связь с «землей» за счет загрязнения и повышенной влажности)

Некоторое количество вопросов с уравниванием потенциалов возникает по ванным и душевым помещениям. Современные требования и рекомендации по устройству системы дополнительного уравнивания потенциалов изложены в циркуляре № 23/2009.

Широкое применение пластиковых труб породило закономерный вопрос: является ли водопроводная вода сторонней проводящей частью и возможен ли занос потенциала через воду….

Ответ, содержащийся в циркуляре, несколько настораживает: « … Водопроводная вода нормального качества …не рассматривается как сторонняя проводящая часть . »

К сожалению, вода нормального качества из наших кранов течет не всегда и лучше перестраховаться, используя токопроводящие вставки на отводах от стояков водопровода подключив их к шине дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы не подключать отдельно каждый кран. Этот метод в качестве рекомендуемого описан в этом же циркуляре.

Практика выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Фактически наиболее распространены пять вариантов выполнения шин системы дополнительного уравнивания потенциалов:

Вариант 1. С использованием стандартных коробок уравнивания потенциалов ( КУП ).

Вариант 2. Стальная шина 4х40 ( 4х50 ) с приварными болтами опоясывающая помещение.

Вариант 3. Стальная шина, уложенная в стандартный пластиковый короб.

Вариант 4. Использование шины заземления в РЩ ( для небольших помещений ).

Вариант 5. С использованием специализированного щитка типа ЩРМ - ЩЗ

( встроенный щиток с шиной 100 мм 2 ( Cu ) со степенью защиты IP54 ).

Главные требования нормативов по устройству шины дополнительного уравнивания потенциалов содержат два требования:

- возможность осмотра соединения

- возможность индивидуального отключения

  1. Длина проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющих контакты штепсельных розеток, сторонние проводящие части и корпуса электрооборудования не должна превышать 2,5 м.( ? ). Сечение 4 мм 2 Сu ( ПВ-1, ПВ-3 ). См. ПУЭ 1.7.82 рис. 1.7.7.
  2. Для электроустановки здания, где применяются негорючие ( ВВГ нг -FRLS…) кабеля, следует с осторожностью использовать кабеля марки ПВ-1, ПВ-3 ( проводники уравнивания потенциалов от дополнительной системы уравнивания потенциалов до ГЗШ или щитовой шины заземления ). Данный тип кабеля, будучи уложенным вместе с негорючими кабелями, формально превращает всю систему в распространяющую горение. В большинстве случаев контролирующие органы относятся к этому спокойно, но в некоторых случаях стоит применить негорючие одножильные кабеля той же марки с нанесением соответствующей маркировки.
  3. Для зданий детских дошкольных учреждений, больниц, специальных домах престарелых и тд. применяемые пластиковые короба должны иметь сертификат о не выделении токсичных веществ при горении. Тоже касается линолеума. Поставляемые в Россию короба Legrand, ABB … таких сертификатов не имеют. Как вариант - короба фирмы DKC в которых в качестве отбеливающего вещества используется мел и есть все необходимые сертификаты.

МЕД. ГОСТ Р 50571.28 п. 710.413.1.6.3 « Шина уравнивания потенциалов должны быть расположены в самом медицинском помещении или в непосредственной близости от него. В каждом распределительном шкафу или в непосредственной близости от него должны быть расположена шина системы дополнительного уравнивания потенциалов, к которой должны быть подключены проводники…»

risunok8.png

Для учреждений здравоохранения в помещениях гр.1 и особенно в помещениях гр.2 (чистые помещения) удобно воспользоваться вариантом № 5, схема которого представлена на рисунке.

Рабочее и защитное заземление

Во время эксплуатации электроприборов необходимо использовать заземляющие устройства. В соответствии с назначением, возможно использование защитного и рабочего заземления. Первый вид позволяет обеспечить нормальную работу оборудования, а второй предназначен для защиты людей. Эти виды мер безопасности имеют различное назначение и принцип работы.

Защита электрооборудования

Рабочее (функциональное) заземление

Рабочее (функциональное) заземление — соединение с землей определенных точек токоведущих частей электрооборудования. Чаще всего это нейтральные точки обмоток трансформаторов и генераторов. Для реализации этого вида защиты используются надежные проводники либо специальные устройства, например, пробивные предохранители. Основной задачей рабочего заземления является предотвращение замыканий и сбоев в работе электроустановок.

Согласно правилам техники безопасности, эти виды защиты от электротока не могут совмещаться. Дело в том, что токи помех (например, атмосферные разряды) могут накладываться на протекающие в электроцепи. В результате оборудование может быть повреждено, а защитное заземление не будет выполнять свои функции. Также следует помнить, что показатель сопротивления функционального не должен превышать 4 Ом.

Защитное заземление

Благодаря электрическому соединению металлических конструкций оборудования промышленного и бытового назначения с землей повышается безопасность его эксплуатации. Этот способ защиты людей от поражения электротоком называется защитным заземлением. Даже если в цепи используются специальные автоматические устройства, скорость их работы не позволяет полностью обезопасить человека.

Защитное заземление

Принцип работы

Если фазный провод коснется металлической конструкции оборудования, то его корпус окажется под напряжением. Если этот вид защиты был организован правильно, то создается электроцепь с низким сопротивлением. В результате этот путь станет для тока более предпочтительным, прикосновение человека к корпусу окажется безопасным. Так кратко можно описать принцип действия защитного заземления.

Основные функции:

  1. Защита обеспечивается даже в ситуации, когда опасное напряжение на корпусе было образовано токами индукции, а не коротким замыканием.
  2. Использование глухозаземленной нейтрали позволяет получить при коротком замыкании длительные импульсы с большой амплитудой, способствующие срабатыванию защитной автоматики.
  3. Заземляющий проводник способен обеспечить надежную защиту оборудования при попадании в него молнии.

Глухозаземленная нейтраль

Последняя функция не является целевой и носит второстепенный характер. Основное назначение защитного заземления — обеспечение безопасности людей во время работы на оборудовании.

Схемы подсоединения

Для выбора оптимального варианта защиты следует разобраться в схемах организации заземления, а также их преимуществах и недостатках. Первый вид — глухозаземленная нейтраль (тип TN). Эта схема используется в бытовом и промышленном электрооборудовании, предназначенном для работы в сетях до 1 кВ. Для ее реализации нейтральный провод источника питания соединяется с заземлителем. Затем к общему проводнику подключаются корпус, экран и шасси.

Наибольшей популярностью пользуются три схемы, обозначающиеся соответствующей буквой:


  1. C — проводник выполняет одновременно защитную и рабочую функцию. Схема предельно проста в реализации, но при разрыве электроцепи теряет свои защитные свойства.
  2. S — применяется два отдельных нулевых провода. Стоимость схемы несколько выше, но ее надежность существенно увеличивается.
  3. C-S — комбинация двух предыдущих систем. При ее использовании необходимо принять меры по предотвращению механического повреждения защитных проводников, иначе схема перестанет выполнять свою функцию.

На воздушных линиях электропередач используется схема ТТ. К источнику питания подключается глухозаземленная нейтраль, а энергия передается по четырем проводникам. На стороне потребителя монтируется автономная система защиты, к которой и подключается оборудование.

Еще одна схема реализации этого вида защиты — схема IT. Она активно применяется в исследовательских центрах, так как позволяет дополнительно устранить паразитные электрические наводки. Для уменьшения показателя сопротивления приходится сокращать длину проводника. Решается эта задача с помощью создания по периметру объекта специального заземляющего контура.

Категории заземлителей:

Категории заземлителей

  1. Искусственные — изготавливаются специально для создания защитного заземления и не должны покрываться лакокрасочными материалами. Допускается использование в роли заземлителя электропроводящего бетона.
  2. Естественные — электропроводящие части сетей и коммуникаций строений, находящиеся в контакте с землей.

Такая классификация носит условный характер, так как в любом случае для обеспечения безопасности людей используются металлические части здания, расположенные в земле. Рекомендуется создавать защитное заземление с помощью естественных заземлителей. Однако для решения поставленной задачи запрещено применять трубопроводы, подающие горючие вещества.

Назначение и устройство защитного заземления существенно отличается от функционального, поэтому их нельзя совмещать. Подробно вопросы организации защиты оборудования и людей от воздействия электротока изложены в особом документе «Правила устройства электроустановок».

Электрический ток не виден глазом, не имеет запаха, его нельзя определить на слух. Поэтому приборы, работающие от электрического тока, относятся к электроустановкам повышенной опасности. Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током применяется защитное заземление. А для обеспечения нормальной работы оборудования в штатном или аварийном режимах используется рабочее заземление. Для того чтобы понять разницу, необходимо разобраться, чем отличается защитное и рабочее заземление. Об этом мы и поговорим далее.

Основное назначение защитного заземления (ЗЗ) состоит в том, чтобы защитить обслуживающий персонал от поражения электрическим током в аварийной ситуации. В случае, когда на металлической нетоковедущей поверхности электроустановок внезапно появляется опасное напряжение.

Это может произойти в результате пробоя изоляции или обрыва провода и его касании корпуса. В результате человек подвержен опасному напряжению.

На рисунке снизу показана схема защитного заземления. Из него понятно устройство и принцип работы ЗЗ.

Схема защитного заземления

Защитное заземление (ЗЗ) - это преднамеренное соединение металлических частей корпуса оборудования с землей, заземлителем или его аналогом. Основная задача состоит в том, чтобы обезопасить обслуживающий персонал от травм, вызванных поражением электрическим током.

Для расчетов необходимо знать, сколько Ом должно иметь защитное устройство (ЗУ). Его значение в основе расчета не должно превышать 4 Ом.

ЗЗ используется в следующих случаях:

  • В трехфазных сетях с изолированной нейтралью переменного напряжения до 1 кВ.
  • В однофазных сетях переменного тока.
  • В сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока.
  • В сетях переменного и постоянного тока с любым режимом обмоток источника при напряжении выше 1 кВ.

Устройство

С помощью заземлителей производят непосредственное соединение с землей или ее аналогом. Для этого применяются естественные и искусственные заземлители:

  • В этих целях используют искусственные заземлители. Они представляют собой металлические штыри, забитые в землю. Окрашенные штыри запрещается применять, для защиты от коррозии применяют оцинкованный металл. В некоторых случаях забивают медные штыри или закапывают медную пластину. Допускается использовать токопроводящий бетон.
  • В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать электропроводящие части, имеющие непосредственное соприкосновение с землей. Часто для этих целей на дачах применяют водопроводные трубы. К заземлителям относятся - металлические части зданий и сооружений, рельсовые пути, свинцовые оболочки кабелей и т.п. При этом категорически запрещено применять в качестве заземлителей газопроводы, нефтепроводы и другие трубопроводы по которым транспортируются горючие смеси и газы.

На рисунке снизу показан вариант защитного заземления в частном доме.

Вариант защитного заземления в частном доме

Вариант защитного заземления в частном доме

Кроме этого, применяется защитное зануление. Его широко применяют для обеспечения электробезопасности в жилых и общественных зданиях.

Защитное зануление - это специальное электрическое соединение открытых проводящих частей не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора, в трехфазных сетях, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника постоянного тока, создаваемого с целью электробезопасности людей.

На рисунке снизу показана схема подключения защитного зануления при наличии и без заземления для однофазной сети, применяемой в жилых домах для подключения бытовых приборов.

Отличия заземления и зануления

На рисунке снизу показана схема зануления оборудования в цехах на производстве.

Схема зануления оборудования

Рабочее заземление

Предназначено для обеспечения нормальной работы оборудования во всех режимах работы. Это относится и к аварийным ситуациям.

Рабочее или функциональное заземление — это заземление точки или точек токоведущих частей оборудования, предназначенное для обеспечения работоспособности электрооборудования, не в целях электробезопасности.

На рисунке снизу показана схема из учебника рабочего заземления для различных сетей.

Схемы заземлений

Функциональным назначением данной опции является поддержание работоспособности оборудования и защитных аппаратов в штатном и аварийном режимах. Зачастую она используется для срабатывания специальных устройств.

Это могут быть плавкие предохранители, резисторы и т.п. Основным назначениям функции является препятствие сбоям, их локализации и препятствие их распространению.

Правила техники безопасности запрещают совмещать защитное и рабочее заземление. Что связано с тем, что электрические атмосферные помехи, например, от грозозащиты зданий и сооружений, могут совместиться с токами сети.

Это может привести к сбоям оборудования, например, компьютеров, сложной электронной техники и т.п. А так же к выходу оборудования из строя.

Кроме этого, такое совмещение сделает защиту от напряжения не эффективной. А в аварийной ситуации она вообще перестанет функционировать.

В качестве заземлителей применяют металлические стержни. Их должно быть не менее двух, и расстояние между ними составляет 1 м.

При этом необходимо соблюдать следующие правила, определяемые по ПУЭ:

  1. В качестве рабочего заземления запрещается использовать трубопроводы в любой ситуации.
  2. Запрещается выводить кабель наружу и подключать к шине в месте неподготовленном для этого. Так как плохой контакт не обеспечит надежной защиты, а в процессе эксплуатации он ухудшится из-за коррозии металла.
  3. Последовательное подключение оборудование к шине заземления категорически запрещается.
  4. Запрещено к одной контактной площадке на шине заземления подсоединять несколько кабелей от оборудования.

Пример металлосвязи с электрооборудованием

На вышеприведенном рисунке показан пример металлосвязи с электрооборудованием.

Отличия

Определить разницу в этих заземляющих устройствах не посвященному довольно сложно. Оба вида защиты используют одинаковые защитные устройства. Т.е. они выполняются по единой методике. Разница заключается в их назначении.

Отличие рабочего от защитного заземления заключаются в следующем:

  • Рабочее ЗУ обеспечивает защиту оборудования и приборов, подключенных к электрическим сетям от выхода из строя.
  • Для этого допускается использовать грозозащиту и системы выравнивания потенциалов, подключенных к местному контуру.
  • Оно не предназначено для защиты людей от поражений электрическим током.

Защитное заземление к работе оборудования никакого отношения не имеет. Оно служит для обеспечения безопасности работающего персонала. Характерной особенностью является то, что все металлические детали корпусов, шкафов, щитов учета на опоре и т.п. должны быть заземлены.

Заземлителями могут быть искусственно созданные конструкции или проложенные в земле трубы, экраны кабелей, на ЖД для этого можно использовать рельсы и т.п. Кроме трубопроводов транспортируемых взрывоопасные газы и жидкости. Для обеспечения работоспособности оборудования применяют рабочее зануление.

Оборудование и его части, подлежащие обязательному занулению или заземлению:

  1. Электроприводы электрических аппаратов.
  2. Корпуса электрических машин, асинхронных двигателей, понижающих трансформаторов, технологического оборудования и т.д.
  3. Испытательные установки, обмотки измерительных преобразователей.
  4. Металлические остовы и корпуса передвижных электроприемников, таких как краны, тельферы и т.д.
  5. Все открытые части работающего в данный момент оборудования.

Если невозможно осуществить подключение оборудования к занулению или заземлению, согласно требованию ПУЭ, применяют электроприемники на пониженное напряжение 42 Вольта. Например, для подключения механизмов в помещениях с повышенной опасностью, например, в шахте.

Рабочее ЗУ и зануление предназначено для корректной работы оборудования в электроустановках в различных режимах. Оно не предназначено для обеспечения безопасности людей.

Защитное заземление и зануление используется для защиты человека от поражения электрическим током при аварийных ситуациях. Когда на корпусе возникает опасное напряжение, происходит защитное отключение напряжения. Кроме этого, происходит уравнивание потенциалов. В результате чего уменьшается вероятность поражения человека шаговым напряжением.

Читайте также: