Облаштування заземлення електроустановок - обов'язкова умова безпечної експлуатації будь-якого електроустаткування. Правильно виконана «земля» може запобігти серйозній травмі і навіть зберегти здоров'я чи життя, не кажучи вже про пошкодження дорогого обладнання.
Класифікація систем заземлення
У старій (шостій) редакції ПУЕ передбачалося 2 варіанти заземлення електротрансформаторів та споживачів. У цьому випадку класифікація схем заземлення була простою:
- Глуха (глухозаземлена) шина-нейтраль. Підключалася безпосередньо до контуру заземлення на розподільчому трансформаторі. До споживачів йшла пара дротів. Заземлення у них було своє власне.
- Винесена чи ізольована нейтраль. Шина заземлення підключалася не до контуру, вкопаного в ґрунт, а виносилася окремим проводом додатково до вже прокладеним двом живильним проводам.
У теорії система заземлення повинна була працювати як годинник - вона проста і зрозуміла будь-якому електрику, що підключає електроустановку до мережі. У більшій частині заземлення працювало справно, якщо було правильно виконано балансування за напругою та заземлюючий провід.
Проблеми виникали лише за нерівномірної навантаженні (зазвичай сільській місцевості) чи обриві нейтралі. На ізольованій нейтралі завжди був надлишковий потенціал щодо «нуля землі», що було небезпечно.
Навіть на найпростіших приладах освітлення, холодильниках, не кажучи вже про більш потужні електроустановки, з'являвся потенціал, величина якого була небезпечною для здоров'я та життя людини.
З 2009 р. сьомою редакцією ПУЕ (глава 1.7) визначено нові схеми заземлення електроустановок та введено їх класифікацію, буквене позначення.
У сучасній класифікації представлено 5 типів заземлення електроустановок:
- TN-C - старий варіант із виділеною заземленою «глухою» нейтраллю.
- Варіант TN-S з розділеним нульовим та захисним (землею) провідником.
- Схема TN-C-S. Нейтраль (N) поєднана із захисним проводом РЕ.
- Схема ТТ. Захисний провід підключений до індивідуального заземлення електроустановки.
- Варіант TI із ізольованою нейтраллю та власним заземленням електроустановки.
Перша та остання схеми являють собою старі системи організації заземлення струмопровідних частин, що існували в шостому та ранніх виданнях ПУЕ. Їх включили до класифікації, оскільки всі електроустановки, трансформатори, електрообладнання, проводка у промислових та житлових приміщеннях виконувалася саме за цими двома схемами.Ніхто нічого не змінював. Ні кольору провідників, ні схему підключення. Тому в сьомій редакції ПУЕ просто додали до класифікації додатково 3 системи, що використовуються в імпортному устаткуванні.
Тепер заземлена лінія щодо електроустановки позначалася "Т" , а ізольована - "I" . "N" позначався нульовий робочий провід. У кабелі він завжди блакитного кольору та використовується для електроенергії. Встановлюється на ізольованих клемах. Щодо «заземлення» на ґрунті на ньому буде присутній надлишковий потенціал.
Для заземлення корпусу електроустановок, з'єднання з контуром заземлення (на грунті) використовується провід з позначенням РЕ (жовто-зелений, смугастий). Це справжній нуль у проводці.
До 2009 р. нуль (заземлення) в електроустановці виконувався чорним дротом. Тому насамперед під час огляду чи ревізії розподільного щита є сенс насамперед пошукати нульовий жовто-зелений і чорний дроти.Перед початком робіт перевірити індикатором, який із них відповідає за заземлення електроустановки.
Система заземлення TN-C
Це стара схема з глухозаземленою нейтраллю для мереж з електроустановками до 1000 В, у деяких випадках до 6000 В. Тут робочий нуль та заземлення поєднані в одній шині. Незважаючи на «застаріле» рішення, такий варіант досі використовується у побутових приладах, у старих лініях електропередачі.
Система TN-C вважається одним з найбільш ефективних способів захисту людини від ударів електричним струмом. Але за умови правильного облаштування заземлювального пристрою у ґрунті. Щоб заземлююча частина проводки працювала справно, необхідно оновлювати та періодично відновлювати контур. Це найслабше місце у всій схемі TN-C.
Система заземлення TN-S
Схема з'явилася в Європі років 60-70 тому, і виявилася дуже надійною, безпечною, але дорожчою в обслуговуванні. У СРСР популярністю не користувалася.
Варіант з ізольованою нейтраллю використовується тільки в електроустановках до 1000 В. Схема TN-S застосовується в умовах, коли немає можливості облаштувати ефективне заземлення за допомогою металевого контуру, що розсіює, в грунті. Іноді використовується на пересувних електрогенеруючих установках.
Імпортна побутова техніка, привезена з тієї ж Східної Європи, дивувала наявністю на вилці додаткової заземлення. TN-S часто називають єврозаземлення, хоча це не зовсім правильно. Однофазна мережа з робочою напругою 220 В подається до квартири 3 проводами (фаза, нейтраль та земля). Для трифазного живлення електроустановок відповідно потрібно 5 провідників.
Система TN-S означає, що нульовий захисний та «нейтраль» розділені на всій лінії.
У даному випадку PN - це нейтраль (провід блакитного кольору), РЕ - чистий нуль «земля» (жовто-зелений смугастий провідник).
У системи TN-S є ряд переваг:
- немає необхідності закопувати металевий контур у ґрунт;
- немає наведень від випромінювань високої частоти;
- є можливість встановити апарат ПЗВ.
Апарати або пристрої захисту працюють за принципом вимірювання струму витоку у вологому середовищі. Як тільки струм витоку з фази на землю (волога підлога, стіни або будь-яку іншу поверхню) або на нейтраль перевищить безпечний поріг 30 мА, автомат відключить лінію від електроживлення.
Система заземлення TN-C-S
Цей варіант можна вважати проміжним рішенням або способом усунути проблему наявності в житловому фонді старих TN-C і сучасніших TN-S. Питання більш ніж актуальне через масове будівництво нового житлового фонду, а також проведення капітального ремонту старих квартир.
TN-C-S поєднує в собі елементи попередніх систем заземлення. У найпрогресивнішої системи заземлення електроустановок TN-S кабель у квартиру на розподільний щиток приходив із розділеною нейтраллю та захисною лінією. І весь пучок тягнувся від трансформаторної підстанції. То тепер у приватний будинок (в під'їзд багатоповерхівки) подавався кабель, в якому для захисту та заземлення (а також нейтралі) використовувався один загальний кабель PE-N або PEN.
На вступному щиті PEN перекомутується 3 дроти:
- нейтраль, провід блакитного кольору (N);
- захисний, жовто-зелений провід РЕ;
- відведення на заземлюючу шину місцевого контуру заземлення.
У результаті виходить, що можна підключати імпортні електроустановки, оскільки є захисна та нейтральна лінія. З іншого боку, проводка в будинку або квартирі обладнана місцевим заземленням на грунті, що підвищує рівень безпеки.
Система як би об'єднала переваги ТN-С та TN-S, але одночасно успадкувала та їх недоліки. Наприклад, у разі обриву на лінії PEN або якщо згнило (часто буває) відведення на додатковий контур заземлення, через нейтраль на корпус електроустановки прийде підвищений потенціал. Це вже загрожує ударом струму.
Система заземлення TT
На перший погляд злегка незвичайна, але насправді дуже практична схема ТТ з подвійним заземленням давно і масово використовувалася в передмістях, сільській місцевості, дачних ділянках та котеджних селищах.
Відповідно до сьомої редакції ПУЕ (п.1.7.3), системою ТТ називається схема, у якої глухо заземляється нейтраль на трансформаторній підстанції (або розподільчому трансформаторі), а також обладнується заземлення контуром відкритих частин електроустановки. При цьому обидва заземлення є електрично незалежними.
Система проста та надійна, хоча до появи ПУЕ в редакції 2009 р. вважалася ризикованою та формально була під забороною. Сьогодні використання для заземлення електроустановок у приватних будинках дозволяється лише за таких умов:
- Облаштування повноцінного контуру заземлення в грунті.
- Установка системи вирівнювання потенціалу на всіх металевих елементах у будинку.
- Використання ПЗВ (пристрої захисного відключення).
Пункт 1.7.59 ПУЕ визначає схему, за якою повинні бути включені прилади ПЗВ.
Найбільш складним буде виготовлення заземлюючого контуру. Мало викопати траншею та зварити периметр із старого металевого куточка. Поверхня контакту металу і ґрунту має бути досить великою, щоб опір заземлення, виміряний спеціальним приладом, не перевищував розрахункової величини в Омах. Воно (R) не повинно перевищувати частки від поділу 50 на максимальну величину струму спрацьовування ПЗВ. З кількох приладів вибирається той, що має максимальний струм.
Система занулення потенціалу є (мідний) провідник, за допомогою якого з'єднуються із заземленням основні металеві предмети, на яких може з'явитися надлишковий потенціал. Це може бути:
- корпус електроустановки;
- побутова техніка;
- сталеві каркаси;
- вентиляція;
- водопровідні та каналізаційні труби.
Система заземлення IT
Старий варіант, який широко використовувався на теренах колишнього СРСР за часів масового будівництва «хрущовок». Схема заземлення IT - це класика із ізольованою нейтраллю.
Корпус електроустановки-споживача отримує лише 3 дроти (трифазний струм) та 2 - при однофазній мережі. Нуль на мережі споживача заземлюється в ґрунт за існуючими правилами заземлення.
Переваги схеми:
- Випадковий торкання рукою до контактів або одного проводу під напругою, але без ізоляції, призводить до слабкого пощипування замість повноцінного удару струмом.
- Малий струм витоку при замиканні нуля в проводці на заземлений корпус.
- Падіння дроту на ґрунт (обрив на стовпі) не призводить до появи крокової напруги.
З недоліків можна відзначити неможливість використання ПЗВ. Крім того, при включенні потужного низькоомного навантаження між нулем і однією з фаз, на третьому дроті виникає надлишковий потенціал значної величини.
Вимоги до заземлення електроустановок до 1000 Вольт
Обладнання заземлювальних та захисних пристроїв з боку трансформатора або генератора мало цікавлять споживачів. Для тих, хто експлуатує електроустановки, користується побутовою технікою, важливіше правильно зробити заземлення.
Вимоги стосуються заземлення електроустановок до 1000 Вт:
- Забезпечити надійне з'єднання з мінімальним опором струму між корпусом електроустановки та ґрунтом.
- Забезпечити нормальне розсіювання надлишкового потенціалу, що потрапив на корпус електроустановки внаслідок аварійної ситуації.
- Не допустити появи крокової напруги.
На правильно обладнаному заземленні при проби ізоляції струм піде шляхом найменшого опору - через металеві частини корпусу на заземлюючу шину в грунт. Так як на підстанції або на проміжній ділянці нуль також заземлений в ґрунт, то струм піде ґрунтовим масам у напрямку трансформатора. Через опір ґрунтових мас електрострум розсіється, втрачаючи потенціал.
У цьому випадку дотик сухою рукою до заземленого корпусу електроустановки буде абсолютно безпечним, навіть якщо на неї частково проб'є підвищену напругу. Опір нормального заземлення рідко перевищує кілька Ом. Для сухої шкіри людини цей показник дорівнює кілька тисяч Ом, для вологої (але не мокрої) - від 500 Ом до 1000 Ом.
Основні вимоги до облаштування захисного заземлення для напруг 42-380 для змінного струму і 110-440 для постійного в особливих умовах (наявність середовищ з високою провідністю) описані в ГОСТ 12.1.013–78. В інших випадках заземлення електроустановок понад 380 В змінної напруги і 440 В постійного виконується на підставі ГОСТ 12.1.030-81.
Природні заземлювачі
Це предмети та середовища, що сприяють стіканню потенціалу напруги в розсіюючу струм земляну масу. Заземлювачі можуть бути штучними та природними. До перших відносять спеціально виготовлені розсіювальні маси та пристрої із заданими характеристиками. До других - будь-які предмети з металу на поверхні ґрунту, покладені в приповерхневий шар ґрунту. Це може бути:
- сталеві водопровідні труби;
- потужні кабелі з металевою (свинцевою) захисною оболонкою;
- арматура стін та фундаменту;
- чавунні каналізаційні комунікації;
- стойки;
- елементи вертикальних тримачів.
Все це так чи інакше контактує з ґрунтом і за наявності провідного середовища (зволоження) можуть виконувати роль природного заземлення. Крім можливості передати потенціал у ґрунт, природні заземлювачі характеризуються здатністю розсіювати струм, частково гасити та переводити його енергію в тепло.
Природні заземлювачі можуть допомогти у розсіюванні надлишкового потенціалу, а можуть стати причиною ураження струмом при несправному заземленні. Наприклад, якщо у ванній кімнаті розетка або корпус електроустановки не заземлені або шина заземлення несправна. Плюс до всього - підлога на залізобетонній плиті перекриття.
Бетон легко поглинає воду і волога просочується до сталевої арматури (один із видів природного заземлювача). Надлишковий потенціал від фази розетки може стікати по вологій поверхні до змішувача з водою. Якщо стати босими ногами на підлогу і торкнутися крана можна отримати сильний удар струмом. Тому підлогу у ванній кімнаті або кухні потрібно покривати гідроізоляцією.
Важливість опору стіканню струму
Найважливішою характеристикою заземлення вважається величина опору розсіювання надлишкового потенціалу. Роботу заземлювального контуру можна представити як замкнутий ланцюг, в якому струм з фазової лінії потрапляє корпус електроустановки, далі шляхом найменшого опору прямує в грунт.
Електричний струм, що стікає в контур заземлення, необхідно ефективно гасити. Тому заземлюючий контур роблять не просто з масивних сталевих профілів або труб із відносно великою площею поверхні. Периметр повинен бути більшим - це покращує «розкид» струму в провідній масі.
Тому заземлення потужних електроустановок з робочою напругою 380-660 роблять у вигляді прямокутного контуру з великою протяжністю периметра. Чим більші габарити прямокутника, тим краще розсіювання струму і нижче опір.
Сильно знижувати опір заземлювального пристрою теж не рекомендується. Величина розсіювання струму повинна відповідати рекомендаціям ПУЕ та ГОСТу, і найголовніше - бути відносно постійною у будь-яку пору року.
Особливо це важливо в тих випадках, коли підстанція або трансформатор із заземленою нейтраллю розташовані недалеко від будинку. Наприклад, якщо приватний будинок у міській забудові з численними підземними комунікаціями, то цілком можливо, що сталеві водопровідні труби можуть різко знизити опір «землі» та призвести до аварії на електроустановці.
Іноді власники обмежуються звичайним заземленням. Це простіше та дешевше, ніж контур, а для невеликих побутових електроустановок цілком достатньо. Але в цьому випадку виникає друга проблема. Електричний струм, що потрапляє на ґрунт із корпусу електроустановки по шині заземлення, сам створює на ґрунті додатковий потенціал. Чим вища напруга на лінії - тим вищий потенціал на стоку. Особливо якщо деталі заземлювального контуру вкопані на невелику глибину.
Оскільки площа контакту металевого стрижня з ґрунтом невелика, то опір заземлюючого контуру великий. Надмірний потенціал розтікається радіально від стрижня, зменшуючись на поверхні в міру видалення точки установки. З'являється крокова напруга.
Це означає, що в дощ, погоду туман або мокрий сніг будь-хто, хто вирішить пройтися у вологому взутті поруч із заземлюючим штирем, отримає по ногах болючий удар струмом.
Якщо потрапили в таку зону, то виходити з неї можна лише стрибками, щільно притиснувши ступні ніг один до одного.
Зазвичай такі зони виникають поруч із високовольтними електроустановками.
Робота заземлення при порушенні захисної ізоляції струмопровідних частин
Ситуація, коли було порушено ізолюючу оболонку кабелю на лінії, не розглядається. У мережі є своє заземлення і якщо станеться пробою ізоляції, то автомат відключить лінію.
У домашніх умовах або на робочому місці пошкодження ізоляції фази можливе:
- У системі TN-S (повсюдно встановлюваної в сучасних житлових приміщеннях) надлишковий потенціал потрапить на корпус, відповідно струм піде по захисному провіднику PE в контур заземлення, підключений до розподілу.
- Якщо ізоляцію фази не пробило, а проводка підгоряє невеликими імпульсами. У вологих приміщеннях при дотику до металевих частин або струмовідних деталей можна відчувати невеликі поколювання (удари потенціалом). Проблеми не буде якщо на лінії з пошкодженою проводкою стоїть ПЗВ - воно просто відключить проводку на щиті.
Приблизно така ж картина буде у разі заземлення домашніх електроустановок за схемою TN-C-S. Тільки надмірний потенціал піде в заземлюючий контур під'їзду. Єдиний мінус - загальний заземлювальний пристрій, підключений до щитового багатоквартирного будинку, може бути обірваний або пошкоджений. У цьому випадку можна отримати удар струмом, оскільки захисний провідник РЕ, який повинен заземлятися, ще й підключається до нейтралі, що веде до підстанції.
Системи TT та IT у побутових умовах не використовують.
У схемі Т-С при пошкодженні ізоляції струм частково піде на нульову лінію і частково на контур, що заземлює, закопаний у дворі будинку.Якщо він справний, то нічого не станеться. Просто у разі замикання автомат-пакетник знеструмить лінію. Можна безпечно торкнутися корпусу, але не торкаючись інших металевих предметів.
Іноді легкий, ледь помітний удар все ж таки відбувається. Але це явище пов'язане з тим, що тіло людини має власну ємність.
Захист електроустаткування в цехах
У виробничих приміщеннях, як правило, встановлено значну кількість основного та допоміжного обладнання. Крім того, в цеху обов'язково є системи вентиляції та освітлення, які підключаються до окремої лінії.
Освітлення має бути незалежним за правилами протипожежної безпеки, Вентиляція додатково обладнується цілою сіткою допоміжних (ізольованих) провідників із розрядниками та штучними заземлювачами. З їх допомогою забирається високовольтний потенціал статичної електрики, що накопичуються на вентиляційних каналах під час руху повітря.
Обидві системи заземлення повинні бути гальванічно незалежними від основної системи захисту електроустаткування. TN-C і TN-S можуть застосовуватися в невеликих відокремлених приміщеннях з максимальною напругою електроустановок до 380 В.
Для захисту електроустановок у цехах використовують 2 системи заземлення - TT та ТI. Крім того, виконується занулення всіх комунікацій і металевих частин з якими контактують робітники, що обслуговують. Система вторинного занулення передбачає підключення до додаткового заземлення арматури залізобетонних плит підлог, стін, сходових маршів із поручнями.
Заземлення зварювальних апаратів
Даний тип електричної машини випадає з ряду електроустановок з багатьох причин. Насамперед через величезні струми, завдяки яким на кабелях зварювального апарату утворюються вторинні наведення. Якщо у звичайних електроприладах на корпусі від працюючого двигуна або блоку живлення наводилася різниця потенціалів в одиниці вольт, то у зварювальника наведення може становити кілька десятків вольт.
Особливості заземлення зварювальних апаратів:
- Для кожної електроустановки має бути свій індивідуальний заземлюючий контур.
- Підключення кількох апаратів на одне заземлення не допускається.
- На корпусі електрозварювання має бути приварена клема під гвинт - гайку(баранчик) або струбцину, контакт від шини на «землю» повинен затискатися механічно.
Згідно з ПУЕ-7 (пп.1.7.112-1.7.226), заземлюючий стаціонарну електроустановку провід повинен бути з перетином не менше 10 мм2для міді, 16 мм2для алюмінію, 75 мм2 для сталі.
Зварювальні інвертори та всі подібні типи електроустановок можна заземлювати за схемою ізольованою нейтраллю за умови встановлення на виділену лінію автомата ПЗВ.
Захист пересувних установок
Як правило, йдеться про електроустановки, розміщені на базі транспортних засобів. Для ремонтних майстерень, пересувних зварювальних апаратів, що встановлюються на необладнаних майданчиках на відносно тривалий час (до 2-х тижнів), може застосовуватися заземлення за схемою ТТ.
Для рухомих вимірювальних лабораторій, радіостанцій, обладнання з невеликим навантаженням по струму використовується схема ТN-S. В обох випадках заземлення обладнується за допомогою стандартного алюмінієвого колу-заземлювача зі шнековою насадкою. Його потрібно загорнути в ґрунт на глибину не менше 80 см, якщо на майданчику є трав'яний покрив. Це говорить про те, що ґрунт вологий. Для сухих майданчиків під заземлення електроустановок використовують контур із 3 сталевих штирів, що забиваються на глибину до 100-120 см.
Можна використовувати переносні заземлювачі. Їх застосовують електрики для ремонту та обслуговування зовнішніх електроустановок усіх типів. Будь-яка станція, генератор, трансформатор мають власну ємність, а наявність повітряних ліній (дротів), підвішених на стовпах над землею, тільки збільшує величину С. Тому після знеструмлення другою дією виконується монтаж «землі» (переносних заземлень) на всі лінії. Їх можна використовувати для тимчасового заземлення пересувних електроустановок.
Захист електроприладів
Схеми захисного заземлення промислових електроустановок та приладів детально розписані у технічній документації. А ось побутова техніка, навіть відносно складна, така як казан або пральна машина, не комплектується схемою заземлювального пристрою. Вважається, що встановлювати електроустановку будуть представники фірми - вони й зроблять заземлення.
Заземляти потрібно будь-який побутовий електроприлад з робочою змінною напругою 42 В або постійною - 110 В і вище. Це вимога п.1.7.33 ПУЕ. Виняток електрики зазвичай роблять для систем освітлення, з якими немає постійного контакту. Решта, за що беремося руками і має підключення до мережі 220 В, - однозначно заземляємо.
Зазвичай для побутових електроустановок застосовується схема TN-C-S або TN-C. Використовується захисний РЕ в розетці. Він же йде на розподільчий щит та загальне заземлення.
Якщо в квартирі є потужні електроустановки (бойлер, пралка, опалювальний котел), то краще зробити індивідуальне заземлення з контуром в грунті. Тим більше не факт, що загальна «земля» на вступному щиті багатоповерхівки, на якій висить 20-25 квартир у разі форс-мажору спрацює на всі 100%.
Заземляти потрібно також електроустановки, обладнані імпульсними блоками живлення. Це дозволить прибрати високочастотні наведення та ліквідувати ризик попадання фази на корпус через завдяки струму витоку мережевого фільтра.
Обов'язково заземляємо холодильник, це друга за статистикою (після електробойлерів) причина ударів електричним струмом.
Основи заземлення електродвигуна
Приблизно половина всіх електроустановок обладнані електродвигунами, найчастіше це мотори змінного струму. Особливість двигуна компресора - велика кількість проводів, укладених у статорній або роторній обмотці. Причому дроти в дуже тонкій, легко ушкодженій лаковій або емалевій ізоляції.
Тому несправність електромотора найчастіше стає причиною ударів струмом:
- Ізоляція мінімальна, сильне нагрівання обмоток.
- Провід може контактувати з корпусом.
- Ротор навіть після вимкнення електроустановки обертається і може видати запасену енергію як у лінію, так і на корпус.
Для заземлення електродвигунів використовують розсіюючий контур, приєднаний проводом або шиною через клему на корпусі.Проводка живлення підключається до двигуна по системі ТТ. Якщо в приміщенні встановлені кілька електродвигунів, то всі вони під'єднуються до струмопровідної шини самостійним проводом паралельно шині - ніяких послідовних з'єднань не допускається.
Для малопотужних електродвигунів 220 В іноді роблять виняток із захисним проводом, але тільки в тому випадку, коли мотор встановлений на металевій підставі, зафіксований за допомогою шпильок-милиць, забитих у ґрунт на глибину не менше 60 см.
Але навіть у такому варіанті «землі» обслуговування електродвигуна потрібно починати з повного знеструмлення та підключення додаткового до корпусу виносного заземлення. Спочатку встановлюють заземлюючий контур, лише потім кріплять корпус мотора. Це універсальне правило підключення всіх типів заземлень.
Підсумки
Заземлення електроустановки - це єдиний спосіб захиститися від ударів струму, як з боку трансформатора, так і з боку залишкового потенціалу, що залишився на лінії.Незважаючи на те, що в ПУЕ деякі практичні моменти не деталізовані, при роботі з електроустаткуванням потрібно користуватися саме правилами, лише потім інструкцією виробника.
Розкажіть про свій досвід заземлення установок - з якими проблемами доводилося стикатися і як вони вирішувалися. Збережіть статтю в закладках, щоб корисна інформація не загубилася.