Види і особливості застосування систем заземлення
Заземлення – ключовий елемент безпечного електропостачання промислового, цивільного, житлового об'єкта. Принцип дії заснований на проведенні електричного струму з опинився під напругою корпусу агрегату, електропобутового, сантехнічного приладу або іншого струмопровідного елемента по шляху найменшого опору.
Необхідність і види систем заземлення
Основна його функція – захист людей і тварин від ураження електричним струмом. При розрахунку електричних схем в якості стандартного показника опору людського тіла приймається значення в 1 тис. Ом (в реальності понад 3 тис. Ом). Опір схеми повинен перевищувати 4 Ом. У цьому випадку дія електричного струму мінімізує неприємні для людини відчуття у вигляді поколювань, і повністю виключить серйозні негативні наслідки для організму, в тому числі важкого травматичного характеру або летального результату.
Захисне заземлення відноситься до складних електричних конструкцій, які потребують постійного контролю, тестуванні і профілактиці. Особлива увага приділяється перевірці рівня опору.
Захист електричних установок від появи напруги в непередбачених місцях в результаті пробою ізоляції, порушення схеми з'єднання електричного кола проводиться заземленням або його підвидом – занулением.
Заземлення використовує принцип зниження різниці потенціалів між струмопровідних виробом і безпосередньо землею до безпечного рівня. Включає одиночну або групову конструкцію провідників. Найчастіше з електродів створюється спеціальний контур, який встановлюється в безпечному місці. З будівлі до нього підводяться кабелі, укладені в землю.- Занулення. Являє собою електричну ланцюг, в якій напруга з корпусу електричної установки відводиться в розподільний щит або в трансформаторне пристрій. У ньому замість захисного заземлюючого проводу задіють робочу нульову жилу. На відміну від заземлення, занулення при різких перепадах напруги (дотик людини до оголених проводів, корпусу приладу, непередбачено опинився під напругою) викликає в електричному ланцюзі коротке замикання з негайним її розривом через автоматичні вимикачі, звані захисними пристроями, що вимикають (ЗОУ).
При розробці електричної схеми до уваги приймається не опір людини, а максимальне значення струму, яке він може безпечно пропустити через себе. При дотику до пристрою, що знаходиться під напругою 220 В, частотою 50 Гц, максимальний струм не повинен перевищувати 0,22 А. Показник 0,5 А смертельний для людини. Занулення застосовується в багатоповерхових будівлях, оскільки є складнощі зі створенням контурів заземлення. У малоповерхових будівлях і невеликих промислових об'єктах (майстерні, цехи, станції техобслуговування) перевага віддається заземлення.
форми конструкцій
Захисне заземлення – це спеціальна електрична ланцюг, що з'єднує корпусу і інші струмопровідні елементи агрегатів промислового і побутового призначення з конструкцією заземлення. Крім забезпечення безпеки людей і тварин, заземлення необхідно для захисту самих об'єктів. Все громовідводи замикаються на загальний для будинку заземлюючий контур. Неправильна установка конструкції призводить до пожеж (20% всіх загорянь). Заземлення запобігає аварійне функціонування генераторів і інших агрегатів. Основні елементи схеми – заземлювачі. Вони бувають природними і штучними
природні елементи
Найбільш споживані, оскільки їх використання ефективно з економічної точки зору. До них відносяться:
- металеві або залізобетонні вироби промислових і цивільних будівель, ферми, ліфтове обладнання, струмопровідні труби для кабелів. Головна умова – їх зіткнення з землею;
- трубопроводи, продуктопроводи, каналізаційні системи, стовпи, вкопані в землю цистерни, арматура, дренажні системи. Головна умова – відсутність легкозаймистих, вибухонебезпечних, горючих речовин;
- залізничні колії, оболонки кабелів зі свинцю, підстави металевих мостових споруд, тунелів.
штучні заземлювачі
Застосовуються сталеві труби і прути. Вироби з міді більш ефективні, оскільки мають низький опір. Однак метал використовується рідко через дорожнечу. На зміну стали приходять спеціальні алюмінієві сплави. По суті, це складні композиційні матеріали, що володіють підвищеною міцністю, в 5 разів перевищує показники аналогічних за розмірами сталевих виробів. Інертні до дії агресивного середовища, не схильні до корозії, не утворюють умов для розвитку мікроорганізмів (цвілі, грибків). Добре проводять електричний струм.
Фактори, що впливають на вибір системи
Заземлення – обов'язковий атрибут експлуатація електричних споживачів, незалежно від їх потужності і функціонального призначення. Вони можуть бути представлені великими промисловими установками, верстатами, електричними двигунами, підйомними механізмами, кранами або побутовою технікою: холодильники, пральні машини, кавоварки, електробритви. Принцип пристрою заземлення для систем ідентичний. Безпека роботи з ними чітко регламентована «Правил улаштування електроустановок» (ПУЕ).
У документі підкреслено, що основним показником, що характеризує правильність і якість проектування та монтажу заземлення, служить опір всієї схеми. Формула його визначення складна. Вона повинна враховувати безліч факторів, включаючи тип грунту, матеріал структурних елементів конструкції, площа взаємодії пристрою з землею, перетин сполучного кабелю, струмопровідні властивості жили.
Загальні відомості і позначення
У нормативних документах базові розрахункові показники наводяться для систем з штучними заземлювачами. Для природних електродів практично неможливо розрахувати струми розсіювання, опір і інші показники. Вони індивідуальні для кожного конкретного випадку.
Всі системи штучного заземлення класифіковані з використанням буквених позначень. Вони затверджені Міжнародною електротехнічною комісією та застосовуються в ПУЕ. Буква Т (від французького terre – земля) позначає заземлення, I (isole) – ізолювання, N (neute) – з'єднання з нейтральним проводом, C (combined) – об'єднання функціонального і нульового проводів, S (separated) – поділ цих проводів.
Система TN служить для глухого з'єднання нуля трансформатора або електричного щитка із землею. Нейтраль грає основну роль для швидкого спрацьовування релейного захисту. До неї підключаються функціональні і захисні жили кабельних з'єднань.
Струмопровідні елементи електричних споживачів: корпусу, екрани, розетки, вимикачі підключаються до єдиного нульового проводу, контактують з нейтраллю. Крім глухозаземленной, застосовуються схеми заземлення з ізольованою нейтраллю (системи IT).
Види заземлений в електроустановках
У вітчизняній і зарубіжній електротехнічної практиці набули поширення такі системи заземлення.
Система TN-S
Високонадійна схема безпеки електричної мережі. Забезпечує якісний захист людини від ураження електричним струмом. На неї не впливають високочастотні коливання від електробритв, дрилів, пилососів, пральних машин, електричних масажних пристроїв. Для системи немає необхідності частої перевірки контурів заземлення.
Основна ідея методу полягає в тому, що для захисту застосовується складно комбінований нульовий провідник PEN, з'єднаний з нейтраллю. На вході. PEN розділяється на захисний нуль РЕ і робочий нуль N. Система втрачає захисні властивості при пошкодженні PEN на ділянці від підстанції до входу в будівлю. Тому нормативні документи вимагають застосування додаткових заходів для підвищення експлуатаційної безпеки провідника.
Система TN-C
Найбільш поширена, але поступово знижує популярність через моральне старіння. Заземлюючий контур виготовлений на трансформаторній підстанції. Нульова жила від контуру до споживача підводиться по єдиному проводу PEN. При однофазному електропостачанні споруди застосовується двохжильна електрична проводка (фаза і нуль). При трифазному – чотирижильного (3 фази і нуль). Заземлення в розетках не передбачено.
Єдиний варіант пов'язаний з використанням занулення Захист людини і тварин від удару електричним струмом існує, але не відноситься до надійних. Популярність системи пояснюється простотою монтажу. У споруджуваних будинках і будинках установка системи TN-C заборонена.
Система TN-C-S
Модернізований тип TN-C. Відмітна риса полягає в тому, що провідник PEN на шляху до споживача розділяється на дві складові: нульову жилу N і захисний нуль PE. Зазвичай ця операція проводиться в розподільчому пристрої (електричний щит), де монтуються нульова і захисна шини. Вони з'єднуються між собою перемичкою. Захисна шина з'єднується з контуром заземлення.
При однофазної електропроводці в квартиру або приватний будинок входить кабель з трьома жилами (фаза, нуль і захист). При трифазної – п'ятижильним кабель (3 фази, N і PE). Це дозволяє встановлювати розетки з клемами для заземлення. Захисна жила забезпечує безпеку електричних установок.
Робочий нуль служить для передачі електроенергії споживачу. TN-C-S має хороші перспективи для застосування в країнах СНД, оскільки багато домовласників з фінансових міркувань не можуть встановлювати TN-S.
система IT
Застаріла, але не втратила актуальності схема. Застосовується в умовах, що вимагають підвищеної безпеки електропостачання: шахти, рудники, хімічні, газопереробні заводи. На цих підприємствах можливі скупчення або раптові викиди горючих газів. Заземлення з ізольованою нейтраллю виключає утворення іскор.
Зазвичай застосовуються в мережах з напругою до 1 тис. В. Головна особливість – відсутність різниці потенціалів між струмопровідними поверхнями і місцевим заземленням. Малі струми дозволяють продовжувати роботу електроустановки при однофазному заземлении.
Але в цілому система не дуже надійна. У неї непридатні стандартні струмові захисні апарати (ЗОУ). Схеми безпеки складні, вимагають постійної участі оператора.
Системи заземлення TN-C-S і особливо TN-S високоефективні. ПУЕ тільки вони дозволені для установки на промислових об'єктах і в приватному домоволодінні. Решта схеми з глухозаземленою нейтраллю застосовуються як залишкові явища. Експлуатаційні ресурси у них невеликі.
Небезпека пробою ізоляції або виникнення іншої несправності висока. Вона зростає в міру збільшення струмового навантаження з боку споживачів. Все більшого поширення набувають електричне опалення, насоси, електричні верстати, установки. У приватному секторі електроенергія використовується для ведення малого та середнього бізнесу (ферми, міні-заводи з виготовлення будівельних матеріалів, СТО). До заземлення пред'являються підвищені вимоги. Перевагу слід віддавати штучним системам, так як в них чітко регламентуються норми.