Типы заземляющих устройств кратко

Обновлено: 02.07.2024

Заземлением называют электрическое соединение оборудования или аппаратуры с заземляющим устройством, а заземляющим устройством — совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземления служат для защиты устройств автоматики, телемеханики и связи, а также обслуживающего персонала от действия опасных напряжений, возникающих при воздействиях грозовых разрядов, влияющих линий электропередачи и контактных сетей электрифицированных железных дорог.

Заземлитель представляет собой металлический проводник любой формы (стержень, труба, уголок, проволока и т. и.), находящийся в непосредственном соприкосновении с землей (грунтом).

Заземляющими проводниками, или заземляющей магистралью, называют металлические проводники, соединяющие заземляемое оборудование или аппаратуру устройств связи с заземлителями.

В зависимости от функций, которые выполняют заземляющие устройства в установках связи, различают рабочее, рабоче-защитное, линейно-защитное и измерительное заземляющие устройства.

Рабочее заземляющее устройство служит для соединения с землей аппаратуры проводной связи и радиотехнических устройств с целью использования земли в качестве одного из проводов электрической цепи.

Защитное заземляющее устройство предназначено для соединения с землей проводов нейтрали обмоток силовых трансформаторных подстанций, молниеотводов, разрядников, экранов аппаратуры и проводов внутристанционного монтажа, металлических оболочек бронепокровов кабеля, металлических термокамер НУП, а также металлических частей силового оборудования, электропитающих установок и другого оборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним при повреждении изоляции токоведущих проводов.

Защитные заземляющие устройства предназначены для выравнивания потенциала металлических частей оборудования с потенциалом земли, т. е. защищают обслуживающий персонал и аппаратуру от возникновения на них опасной разности потенциалов по отношению к земле.

Рабоче-защитное заземляющее устройство служит одновременно рабочим и защитным заземляющим устройством. Сопротивление рабоче-защитного заземляющего устройства должно быть не более наименьшего значения, предусмотренного для рабочего и защитного заземляющих устройств.

Линейно-защитное заземляющее устройство предназначено для заземления металлических оболочек кабеля и бронепокровов по трассе кабеля и на станциях (НУП), куда подходят кабельные линии, а на воздушных линиях — для заземления молниеотводов, тросов и металлических оболочек и брони кабеля. В некоторых случаях защитное и линейно-защитное устройства объединяют. Такое заземляющее устройство называют объединенным защитным.

Измерительным заземляющим устройством называют вспомогательное устройство, предназначенное для контрольных измерений сопротивлений рабочего, защитного и рабоче-защитного заземляющих устройств.

Сопротивление заземляющих устройств на воздушных и кабельных линиях измеряют непосредственно на линии, используя временные вспомогательные измерительные земли. Сопротивление рабочего и защитного заземляющих устройств следует измерять со щитка заземления на станции.

Типы заземлителей

Для заземления устройств автоматики, телемеханики и связи используют вертикальные, горизонтальные, кольцевые заземлители (рис, 1).

Рисунок 1 - Вертикальный (а), горизонтальный (б) и кольцевой (в) заземлители

Вертикальные заземлители находят наибольшее применение. Они представляют собой оцинкованные или омедненные стальные трубы длиной 2—3 м, диаметром 25—60 мм и толщиной стенки не менее 10 мм.

Взамен труб используют также стальные стержни диаметром 12 мм, длиной 2—10 м, уголковую сталь размером 50 × 50 × 4 или 60 × 60 × 4 мм. К верхнему концу заземлителя из уголковой стали 3 (рис. 2) приваривают одну или свитые в жгут две-три стальные оцинкованные проволоки 1 диаметром 4—5 мм, или стальную полосу для соединения заземлителя с заземляемым устройством. Выше этого места на заземлитель устанавливают и приваривают хомут 2 из стальной проволоки.

Рисунок 2 - Заземлитель из уголковой стали

Горизонтальные полосовые заземлители в виде лучей, колец или контуров используют как самостоятельные заземлители или как элементы сложного заземлителя, состоящего из горизонтальных и вертикальных заземлителей. Для горизонтальных заземлителей применяют полосовую сталь толщиной не менее 3,5-4 мм и круглую сталь диаметром не менее 10 мм.

Сопротивление заземления зависит от конструкции заземлителей, их числа, расположения, глубины закопки в грунт, от удельного сопротивления прилегающих к заземлителям слоев грунта и мало зависит от его диаметра, поэтому диаметр заземлителей выбирают, как правило, из условий коррозии.

Удельным сопротивлением грунта р называют электрическое сопротивление, оказываемое грунтом объемом 1 м 3 при прохождении тока от одной грани куба грунта к противоположной грани, и зависит оно от структуры грунта, его температуры и степени влажности.

Удельное сопротивление различных грунтов имеет самые различные значения. Так, у чернозема оно равно 50 Ом·м, песчаника — 1000 Ом·м, кварца — 15 000 Ом·м.

Если сопротивление заземления, состоящего из одного стержня, превышает нормативное значение, то устраивают контур заземления из нескольких стержней (рис. 3). Стержни следует забивать друг от друга на расстоянии, равном или большем удвоенной длины стержня. Проволоку, идущую от стержней, свивают в жгут, обмазывают асфальтовым лаком и укладывают в траншее, которую затем засыпают. Стержневые заземлители соединяют между собой полосовой сталью сечением 30 × 4 мм и обязательно приваривают к каждому заземлителю.

Рисунок 3 - Контур заземления из нескольких стержней

При стекании тока со сложного заземлителя происходит наложение электрических полей отдельных его электродов и их взаимное экранирование. В результате сопротивление сложного заземлителя возрастает по сравнению с суммой сопротивления каждого его электрода.

Выбор того или иного заземлителя для контура прежде всего связан с определением удельного сопротивления грунта.

Чтобы удешевить работы -по устройству заземлителей, удельное сопротивление грунта снижают искусственно. В котловане радиусом 1,5—2 м малопроводящий грунт заменяют насыпным с более низким (в 5—10 раз) удельным сопротивлением (рис. 4, а), в качестве которого используют чернозем, глину, шлак, торф.

Удельное сопротивление грунта можно снизить при обработке его раствором поваренной соли (рис. 4, б). Для каждого заземлителя расходуется 50 кг поваренной соли. Так как со временем соль вымывается, то грунт обрабатывают раствором поваренной соли через каждые 2—4 года. Такая обработка снижает удельное сопротивление грунта в 2—8 раз.

В районах, где грунтовые воды или хорошо проводящие слои грунта залегают на большой глубине, целесообразно устраивать углубленные вертикальные заземлители с размещением их на уровне грунтовых вод или хорошо проводящих слоев грунта.

Если вблизи заземления имеются районы с более низким удельным сопротивлением грунта, то устраивают выносные заземлители.

Рисунок 4 - Способы искусственного снижения удельного сопротивления грунта и устройство заземления в нем

Наибольшее расстояние от выносного заземлителя до заземляемых установок должно быть не более 2,5 км.

Если в конструкции заземлителей используют различные инженерные сооружения, которые были построены раньше, то их называют естественными заземлителями. К естественным заземлителям относятся металлические трубопроводы, проложенные под землей (за исключением трубопроводов горючих жидкостей и горючих или взрывчатых газов), обсадные трубы, металлические оболочки кабелей, металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей.

На железнодорожном транспорте большое значение имеет использование рельсовой колеи в качестве заземлителей установок СЦБ и связи. Однако применять рельсовую колею в качестве заземлителя следует осторожно, исключая случаи нарушения нормальной работы устройств автоматики, телемеханики и связи.

На автоматических телефонных станциях, междугородных АТС, в домах связи, в оконечных и промежуточных усилительных пунктах оборудуют три обособленных заземляющих устройства, соединяемых затем параллельно на выводах заземляющего щитка. Наличие трех обособленных заземляющих устройств позволяет легко контролировать их электрическое сопротивление два раза в год — зимой, в период наибольшего промерзания грунта, и летом при его максимальном просыхании.

Когда преднамеренно создается электрическое соединение оборудования, электроустановки или любой точки электросети с заземляющим устройством, это называется заземлением. Создается такое соединение с защитной целью — чтобы уменьшить до безвредного уровня напряжение прикосновения для человеческого организма и животного. С помощью заземления не только защищаются от поражения током, а и пользуются землей как природным проводником электрического тока, к примеру, в проводной электросвязи.

Все внешние части электротехники из металла вместе с каркасами должны быть заземлены. Человек может попасть под напряжение и пострадать в момент контакта с оборванными проводами или при повреждении изоляции оборудования. Чтобы избежать такой участи, потребуется защитное заземление:

отводящее ток утечки при прикосновении заземляемого проводящего объекта с проводом-фазой (в идеале ток утечки должен спровоцировать немедленное срабатывание УЗО);
снижающее до безопасного уровня разность потенциалов между проводящим объектом заземления и другими токопроводящими предметами, которые обладают естественным заземлением;
инициирующее срабатывание предохранителя, когда фаза попадает на заземленную поверхность (актуально для систем с глухозаземленной нейтралью).

Помните, что наивысшая эффективность заземления достигается вместе с устройствами защитного отключения. УЗО сработает за доли секунды, отключит неисправный участок цепи и не допустит опасного превышения потенциала заземленного предмета при пробое изоляции.

Естественное и искусственное заземление

Рассматривая виды заземления, упомянем естественные и искусственные конструкции, а также разновидности систем заземления (TT, IT, TN S, TN C S, TN C). Итак, естественное заземление — это конструкции, находящиеся в земле постоянно, такие как железобетонный фундамент. Сопротивление таких предметов нигде не регламентировано, поэтому как заземление электроустановок подобные естественные конструкции использовать нельзя.

Однако среди видов заземления нас больше интересуют искусственные конструкции. Это когда точку электросети, оборудования или установки специально объединяют с заземляющим устройством. Состоит заземляющее устройство из заземлителя и заземляющего проводника (шина, он же проводник с низким сопротивлением). Простейший заземлитель являет собой стержень из стали или меди, но может быть и более сложным сочетанием деталей различной формы.

Что нужно знать о качественном заземлении? Нужно добиться низкого соотношения сопротивления заземления к сопротивлению растеканию тока. Как это сделать? Для улучшения качества заземления подходит расширение площади заземляющих электродов, снижение удельного электрического сопротивления грунта, увеличение концентрации солей в грунте или его нагрев, а также большее заглубление электродов заземления или увеличение их количества.

Ознакомьтесь с требованиями ПУЭ и другими стандартами, по которым нормируется электросопротивление заземляющего устройства. Сопротивление будет отличаться в зависимости от условий грунта.

Типы систем заземления

Для частного дома и квартиры подходят следующие типы заземления:

У первой и самой распространенной системы TN есть подтипы — S и C S. Вообще, для расшифровки аббревиатур нужно понять несколько моментов.

По умолчанию, первая буква t говорит о принципе функционирования питающего источника.
Вторая буква — N, T или I — указывает на принцип заземления и защиту открытых элементов отводов. T прописывают, если контур заземлен, N — если зануление осуществляется подключением к нейтрали, а I — когда электрическое оборудование не имеет электрических контактов, то есть отвод изолирован. На картинке ниже вы увидите обозначение заземления и соответствующую схему.
В нынешних Госстандартах есть понятие нулевого заземляющего проводника. Он актуален для систем с напряжение до 1 кВ. Выделяют землю (PE), нулевой заземляющий проводник (N) и объединение земли с нулем (PEN).

Виды заземления и их назначение

Рассмотрим виды заземления в электроустановках с их основными чертами в таблице.

Типы и подтипы заземления	Особенности
TN	популярнейший тип заземляющей системы, являющий собой комплекс из штырей, вертикально вбитых в землю до водоносного горизонта на глубину свыше 2,5 м; штыри объединены кабелем (полосой) в общий заземляющий контур для жилого здания; альтернативное название — глухозаземленная нейтраль, т. е. ноль совмещен с землей по всей длине
TN-C	дешевый, но устаревший вариант с высоким риском опасности: рабочий нуль N одновременно является защитным проводом PE, поэтому при обрыве N-проводника весь потенциал перейдет на электрическое оборудование, что может привести к возгоранию или поражению током
TN-S	в новых строительных проектах принимают эту подсистему, поскольку она наиболее надежная, и в тоже время дорогая (требует дополнительного проводника от подстанции к энергопотребителю); конструктивно в TN-S входят отдельный фазный провод, нейтраль N и защитный проводник PE (последние два проводника — отдельные компоненты, начиная с подстанции с глухозаземленной нейтралью)
TN-C-S	это комплекс плюсов описанных выше подсистем; очень просто реализуется при реконструкции старых видов заземления нейтрали; конструктивно состоит из системы TN-C (до главного распределительного щита), а дальше нейтральный провод PEN расходится на N-проводник и защитный PE; и уже дальше организовывается подсистема TN-S; минус — образуется полное напряжение в системе при обрыве PEN-шины, проблема решается установкой защитных реле напряжения
TT	электропитание идет по фазным проводам от источников с глухозаземленной нейтралью, заземление обустраивается прямо у потребителя; в обязательном порядке требуется подключение УЗО
IT	IT-система не использует глухозаземленную нейтраль, нуль источника подключается через спецустройство с большим внутренним сопротивлением, у потребителя при этом устанавливается дополнительно устройство ноля и защитного заземления (см. главу 1.7 ПУЭ); метод заземления IT создает минимальные помехи

Кратко резюмируем виды заземления и их назначение:

IT-система снабжения подходит для специальных лабораторий;
TT-система актуальна для подключения временных объектов или мобильных сооружений, к примеру, на стройке;
подсистема TN-C-S чаще всего выбирается при реконструкции старых зданий;
TN-S — при проектировании новых строительных объектов;
TN-C обнаруживается преимущественно в старом жилом фонде и в настоящее время не используется ввиду высоких рисков пожарной опасности и удара электрическим током;
TN-система оптимально пригодна для жилых домов (обращайте внимание на современные подсистемы из этой категории).

Не пользуйтесь трубами водопровода, отопления, газа в качестве защитного заземления! Так же как и части оградительных конструкций из металла, они провоцируют при аварийной ситуации появление полного напряжения 220V на своих элементах, что несет угрозу здоровью и жизни человека и животных.

Полезное видео о видах заземления

Смотрите о типах и системах заземления со схемами и подробным описанием по ПУЭ в формате видео.

Защитное заземление — это система, созданная для предупреждения воздействия электрического тока на человека, путём преднамеренного соединения с землёй корпуса и нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Системы заземления могут быть естественными и искусственными.

Что такое заземление и зачем оно нужно?

Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.

Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на человека. Ещё одно назначение защитного заземления — отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.

Основная цель применения заземления — снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.

Что такое нейтраль?

Нейтраль — это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования — зануление электроустановок.

Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.

Что такое PE и PEN проводники?

PEN-проводник — это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.

PE-проводник — это защитное заземление, которое мы используем, например, в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.

Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.

PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.

Виды систем искусственного заземления

В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.

Системы заземления искусственного типа:

Виды заземления — расшифровка названия:

T — заземление;
N — подсоединение проводника к нейтрали;
I -изолирование;
C — объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
S — раздельное использование проводов.

Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.

Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.

Отдельно выделяют электрически независимый заземлитель, который представляет собой заземлитель, расположенный на таком расстоянии от других заземлителей, что электрические токи, протекающие между ними и Землёй, не оказывают существенного влияния на электрический потенциал независимого заземлителя.

При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для функционального заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции.

Рис. 1. Пример выполнения заземляющего устройства (на рисунке показаны в том числе вертикальные заземлители)

Классификация.

Заземлители классифицируют по следующим признакам:

по типу исполнения:

по конструктивному исполнению:

продольные и поперечные горизонтальные;
вертикальные (или наклонные);
выносные;
контурные горизонтальные;
радиально расходящиеся.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

Металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;
Обсадные трубы буровых скважин;
Металлические трубы водопровода, проложенные в земле;
Подъездные рельсовые пути при устройстве стыковых соединителей между рельсами;
Заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электроустановок при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;
Металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.
Другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения.

В качестве естественных заземлителей не рекомендуется использовать:

трубопроводы горючих жидкостей;
трубопроводы горючих или взрывоопасных газов и смесей;
трубопроводы канализации и центрального отопления.

Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов в соответствии с указаниями МЭК 60364-4-41 (пункт 541.3.9).

При этом должны быть приняты меры, исключающие искрение в местах присоединения и на стыках труб при протекании электрического тока по трубопроводу.

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Оцинкованную сталь для заземлителей допускается применять, если площадь оцинкованной поверхности, находящейся в грунте, существенно больше площади поверхности заземляемой арматуры железобетонных фундаментов и других подземных, не изолированных от грунта, связанных с заземляющим устройством металлических сооружений [3].

Искусственные заземлители не должны иметь цветовой индикации.

Минимальные размеры заземлителей из наиболее распространенных материалов с точки зрения коррозионной и механической стойкости, проложенных в земле и замоноличенных в бетон приведены в таблице 1 (на основе таблицы 54.1 из [2]).

— сплошная пластина,
— перфорированная пластина

В случае опасности коррозии заземляющих устройств следует выполнять одно из следующих мероприятий:

увеличение сечения заземлителей и заземляющих проводников с учетом расчетного срока их службы;
применение заземлителей и заземляющих проводников с гальваническим покрытием или медных.

Требования.

Типы, материалы и размеры заземлителей должны обеспечивать коррозионную и необходимую механическую прочность на весь срок службы.

С точки зрения коррозии, могут рассматривать следующие факторы: pH почвы, удельное сопротивление почвы, влажность почвы, блуждающие токи и токи утечки переменного и постоянного токов, химическое загрязнение и близость несовместимых материалов.

Минимальная толщина защитного покрытия должна быть больше для вертикальных заземлителей, чем для горизонтальных заземлителей, из-за большего механического воздействия при их заглублении.

Эффективность конкретного заземлителя зависит от характера грунта. Число заземлителей выбирают в зависимости от характера грунта и его сопротивления.

В приложении D [2] приведены методы оценки сопротивления заземлителей.

При выборе типа и глубины установки заземлителей должны быть учтены возможности механического повреждения и минимизации воздействия высыхания или промерзания грунта.

При применении в заземлителях разных материалов должна быть предусмотрена возможность возникновения электрической коррозии. Для внешних проводников (например, заземляющих) соединенных с замоноличенными в бетон фундаментными заземлителями, соединение, выполненное из стали горячего цинкования не должно быть в грунте.

В системе ТТ, где применяют катодную защиту и сторонние проводящие части электрооборудования непосредственно соединяют с металлическими трубами для огнеопасных жидкостей или газов, последние могут быть применены, как единственный заземлитель для данного оборудования.

Заземлители не должны быть непосредственно погружены в воду потока, реки, водоема, озера и т.п.

Если заземлитель состоит из частей, которые должны быть соединены вместе, соединение должно быть выполнено экзотермической сваркой, опрессовкой, зажимами или другим разрешенным механическим соединителем.

Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходимость сварки арматурных стержней железобетонных фундаментов и конструкций и необходимость приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундаментов, а также возможность использования фундаментов в сильноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющего устройства не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

При включении в систему уравнивания потенциалов трубопроводов с горючими и взрывоопасными жидкостями, газами и смесями должны быть обеспечены меры, исключающие искрение в местах присоединения проводников уравнивания потенциалов (сварка) и во фланцах трубопроводов (шунтирующие перемычки).

При напряжении на заземляющем устройстве выше допустимого значения для снижения сопротивления должны быть установлены вертикальные заземлители или выносные заземлители.

Вертикальные заземлители должны быть установлены равномерно по периметру заземляющего устройства. Длина и число вертикальных заземлителей должны быть определены расчетом.

Выносной заземлитель сооружается в местах с низким удельным сопротивлением грунтов, недоступных для частого пребывания людей и животных.

Выносной заземлитель представляет собой горизонтальный контур с вертикальными заземлителями или без них, который выполняется в виде многоугольника с тупыми или скругленными углами и прокладывается на глубине не менее 1 м.

Соединение выносного заземлителя с заземляющим устройством электроустановки осуществляется с помощью горизонтальных заземлителей, а также ВЛ и КЛ. Удаленность выносного заземлителя от искусственного заземлителя при их соединении горизонтальными заземлителями не должна превышать 0,5 км, а при соединении ВЛ и КЛ — 2 км.

Число горизонтальных заземлителей должно быть не менее двух. Их прокладка осуществляется на глубине не менее 1 м. Число и сечение проводов или жил кабеля выбирают так, чтобы продольное сопротивление линии было менее сопротивления выносного заземлителя.

При устройстве выносного заземлителя должны быть предусмотрены меры по защите людей и животных от поражения электрическим током. Для этого необходимо, чтобы линия была изолирована от земли на напряжение не менее напряжения на заземляющем устройстве и исключена возможность прикосновения к проводнику, соединяющему линию с выносным заземлителем.

Читайте также: