Для чого взагалі потрібно заземлення?
Головна роль заземлення - це безпека. Побудова ефективної системи захисту від ураження електричним струмом неможливо без системи заземлення. Навіть саме по собі заземлення металевого корпусу зменшує напругу дотику при порушенні ізоляції всередині обладнання. А для більшої надійності застосовується пристрій захисного відключення (т.зв. УЗО), яке відключає електроприлади при порушенні ізоляції і виникненні небезпечної напруги на їх корпусах. А ефективність роботи УЗО багато в чому залежить від якості системи заземлення. Як це зробити і як все це працює, я постарався описати в цій статті.
Система TN-C-S
В системі TN-C-S від глухозаземленной нейтрали підстанції до введення в будівлю проходить провід PEN. який поєднує в собі функції нульового (N) і захисного (PE) проводів. При введенні він розділяється на два дроти: PE і N. Перший з них грає роль захисного (заземляющего), другий - робочого нульового проводу.
система TT
В системі TT - все те ж саме, але нульовий провід, що йде від глухозаземленной нейтрали підстанції, що не бере на себе функцію захисного, а виконує лише роль нульового робочого проводу N. Провід (шина) PE організовується окремо, за допомогою автономного заземлювача і з N ніде не з'єднується.
Чому ПУЕ рекомендує систему TN-C-S
Так чому ж ПУЕ рекомендує застосування системи заземлення TN-C-S в якості основної системи в наших електромережах? Адже у цієї системи є дуже суттєвий недолік: у разі обриву або отгоранія нульового проводу по шляху від підстанції до споживача всі корпуси і металеві конструкції, з'єднані з PE, відразу ж виявляються під небезпечним, щодо землі, напругою. І той, хто до них доторкнеться, ризикує отримати небезпечний для життя удар струмом.
Для чого потрібно УЗО?
На щастя, є такі пристрої, як УЗО. які реагують навіть на невеликі (десятки міліампер) струми витоку на землю, тому вони є обов'язковими в системах TT. Опір заземлювача для чіткої роботи УЗО на номінал 300 мА має бути не менше 4 Ом, для 100 мА - 14 Ом, 30 мА - 47 Ом.
Що буває, коли захисний пристрій не спрацьовує? Якщо це автомат в системі TN-C-S. то великий струм короткого замикання може викликати плавлення проводів і пожежа. Якщо ж несправне УЗО в системі ТТ. то на корпусах електроприладів буде небезпечне для життя напруга. Тому моя вам порада: до вибору пристроїв захисту підходите з максимальною відповідальністю, періодично перевіряйте їх працездатність в процесі експлуатації, застосовуйте при можливості дублювання. Наприклад, крім загального, ставте на відходять лінії додаткові УЗО або дифавтомати. хоча б на ті лінії, де найбільша небезпека (ванна, кухня і т.п.). Взагалі, розробляв я правила, я б ввів обов'язкову двоступеневу диференціальну захист.
Тепер до питання про те, чи варто ставити УЗО в системі TN-C-S. Однозначно варто. Звичайно ж, від описаного вище обриву нульового проводу воно не врятує, але при витоку струму на землю воно спрацює і запобіжить подальший розвиток несправності на ранній стадії, коли його значення недостатньо для спрацьовування автомата.
Заходи щодо недопущення руйнування PEN
Які заходи вживає ПУЕ щодо недопущення руйнування PEN. В першу чергу - повинна бути забезпечена механічний захист. а якщо вже обриву не уникнути, то щоб це був не нульовий провід, а кабель цілком. Тобто, якщо це повітряна лінія, то вести її багатожильним СІП му, роздільні дроти на опорах для TN-C-S непридатні. Бо зачепить ковшем екскаватор або самоскид кузовом, а нульовий провід зазвичай нижнім йде і його набагато частіше чіпляють, а ще може впасти дерево, трактор в'їхати в стовп, сильний вітер, обмерзання. - ну а далі наслідки, про які ми вже згадували вище. Крім посилення і об'єднання в загальну оболонку, нульовий провід періодично повторно заземлюється, через кожні 200 метрів для районів з низькою грозовою активністю, і через кожні 100 метрів для районів з числом грозових годин більше 40 на рік. І ще, при застосуванні TN-C-S обов'язковою умовою є система зрівнювання потенціалів (СУП, ДСУП). Це означає, що все металеве (труби, арматура, ванна і т.д.) з'єднуються з проводом PE. І навіть у разі втрати нуля на всіх металевих конструкціях в будинку буде, нехай і відмінний від землі, але скрізь однаковий, потенціал. А в приватних будинках, в яких є присадибне господарство, надвірні споруди і т.д. часто СУП організувати не вдається, тоді слід однозначно робити TT.
Чи потрібно своє заземлення при підключенні до системи TN-C-S. Зайвим не буде. Причому, чим краще заземлення, тим більший струм може по ньому текти. Це треба враховувати при виборі перетину дроту від щитка до заземлювача, а також від опори до щитка (який, до речі, за будь-якої виділеної потужності не може бути менше 16 кв.мм).
Для чого застосовується система зрівнювання потенціалів
Тепер про СУП - системи зрівнювання потенціалів. До будинку підходять різні інженерні комунікації: водопровід, газ, каналізація і т.д. У разі несправності в електромережі (хоча б той же горезвісний отгоранія нуля або, наприклад, пробій ізоляції на корпус будь-якого електроприладу) можлива поява небезпечної різниці потенціалів (тобто напруги) між шиною PE (тобто корпусами електроприладів) і трубами або іншими металевими конструкціями, які мають з ними контакт. Щоб цього не сталося, всі стаціонарні металеві конструкції (труби, арматура, ванни, раковини, піддони, дверні рами і т.д.) з'єднуються з системою заземлення проводами достатнього перетину. При цьому, перш ніж заземлити газову трубу, потрібно виконати ряд вимог і узгодити з відповідною службою.
Крім СУП. часто зустрічається таке поняття, як ДСУП - додаткова система зрівнювання потенціалів. Це відноситься до ванних кімнат і інших приміщень, де є сусідами вода і електрика. Тобто в приміщенні з підвищеною вологістю ставиться коробочка з клемником, називається коробка зрівнювання потенціалів (КУП), від якої заземлюючі провідники розлучаються до всіх металевих конструкцій. До речі, якщо труби пластикові, то робляться спеціальні металеві вставки, які теж приєднуються до системи ДСУП. Також, якщо в підлозі є система електрообігріву або проходить електропроводка, то між ними і покриттям підлоги укладається сітка з арматури, яка теж з'єднується з ДСУП. Пристосувань для приєднання заземлення до чого-небудь існує безліч, на всі випадки, деякі з них для переконливості привожу на фото нижче:
Своє заземлення в приватному секторі
Тепер про самих заземлителях. Зазвичай з роблять із сталевих стрижнів (куточок, арматура, труби), які забивають в землю якомога глибше. Часто зустрічаються рекомендації робити заземлення з трьох штирів, забитих вертикально, розташованих рівностороннім трикутником і з'єднаних за допомогою зварювання металевої смугою або арматурою. В цьому випадку потрібно знати, що чим ближче електроди розташовані один до одного, тим менше їх сумарна ефективність. Якщо ці ж три електрода розташувати уздовж однієї лінії, буде зовсім не гірше, а навіть трохи краще. Ефективність заземлювачів визначають за опором розтіканню, яке вимірюється за допомогою спеціальних приладів за певною методикою. Чим нижче цей опір, тим краще. В мережі - на блогах, в форумах і навіть на корпоративних сайтах часто можна зустріти спрощені методи виміру опору заземлення. Багато з них відверто дилетантські або дуже неточні. В одній з наступних статей я детально зупинюся на цьому і роз'ясню все в деталях. А поки просто довіртеся професіоналам.
Зазвичай верхні шари грунту володіють великим питомим опором, ніж нижні, тому заземлювачі намагаються увігнати в землю якомога глибше. Для механізації цього процесу можна використовувати пневматичні та електричні вібромолоти або відбійні молотки зі спеціальними наконечниками. Часто буває, що трьох штирів недостатньо, тоді роблять більше. Відстань між штирями має бути досить великим, найкраще рази в два більшим, ніж їх довжина. Але можна обійтися і одиночним заземлителем, якщо загнати його дуже глибоко. Така конструкція отримала назву глибинно-модульної системи заземлення. Як це робиться, можна подивитися на ролику нижче.
Як вимірювати опір заземлювального пристрою
Навіть не знаю, сміятися тут чи плакати. Мало того, що потенційний і струмовий вимірювальні щупи тут з'єднані між собою шлейфом, так ще для вимірювань пропонується використовувати мегаомметр (!). Нібито для того, щоб докласти до електродів досить висока напруга. Так, при вимірюванні великих опорів, ці прилади видають сотні і навіть тисячі Вольт. Але, якщо на такому приладі і є вимірювальний діапазон, що дозволяє вимірювати одиниці Ом, то ніяких сотень Вольт там і близько не буде. Загалом, нічого доброго з таких вимірів не вийде. Фактично буде виміряна якась величина, що включає в себе опір проводів і опір розтіканню заземлювального пристрою і вимірювальних електродів. Ну якщо опором проводів, що з'єднують прилад з електродами, ще якось можна знехтувати, то опір електроди-земля зазвичай набагато вище опору заземлитель-земля, що робить похибка багато більшою самої вимірюваної величини.
До речі, навіть в самій вікіпедії є великі косяки, пов'язані з нерозумінням процесу розтікання струмів в землі і поняттям опору заземлення. Нижче я і про це напишу, але спочатку трохи про те, як це зробити правильно. По-перше, не треба нічого винаходити, а використовувати спеціально розроблені для цього прилади та методики. Грамотно і розумно це розписано тут і виглядає приблизно так:
Є цілком легітимний спосіб виміряти опір розтіканню і без спеціального приладу. Для цього нам знадобиться понижуючий трансформатор 220/12 або 220/6 потужністю 250 Вт або вище. Також прекрасно підійде для цього і зварювальний трансформатор. Крім трансформатора, також потрібні амперметр і вольтметр, номінали яких будь-який електрик може обчислити, виходячи з величини напруги і очікуваного опору. Відстані між заземлювачем З і потенційним електродом П, а також між П і струмовим електродом Т зазвичай береться близько 20 метрів. Іноді, для обмеження струму, послідовно з первинної або вторинної обмоткою включають баластовий резистор (на схемі не показаний):
Оскільки опір контуру заземлення місцевого ЗУ береться для розрахунку параметрів електроустановки споживача (для зменшення ймовірності створення небезпечного крокової напруги на території споживача зазвичай потрібно мінімально можливе числове значення), то до уваги не береться опір грунту між годує споживачів трансформатором і місцевим ЗУ споживача - результат опору місцевого ЗУ окремого споживача береться тільки для окремо взятого споживача, а не всієї електромережі цілком. Іншими словами: оскільки відкриті металеві частини окремо взятого споживача не з'єднані безпосередньо з трансформатором (а тільки через головну шину заземлення), то в разі обриву PEN-провідника між ЗУ споживача і ЗУ трансформаторної підстанції утворюється величезна електричний опір через грунт між ними. яке за законом Ома не дозволяє протікати великим струмів через ЗУ окремо взятого споживача.
Як розрахувати заземлення
Опір заземлення сильно залежить від грунту, в якому воно знаходиться. Причому, забитий в землю заземлитель, часто знаходиться одночасно в різних шарах грунту, які мають різні питомими опорами, що ускладнює розрахунок і при цьому виходять досить приблизні результати. Проте, такі розрахунки існують, і вони є обов'язковими для більшості промислових об'єктів. У приватному секторі зазвичай робиться якась мінімальна конструкція, вимірюється опір, а потім вона посилюється в разі потреби (заземлювач заганяється глибше, або додаються нові заземлюючі електроди). Нижче наводиться формула для розрахунку одиночного вертикального заземлювача в однорідному грунті:
T - відстань від поверхні землі до середини стрижня, м
Питомий опір грунту
Як ефективно розподілити електроди
При створенні многостержневой системи заземлення необхідно пам'ятати те, що сполучна смуга (труба, арматура, куточок і т.д.) між електродами, якщо вона знаходиться в землі, також є додатковим заземлювачем і зменшує загальний опір. Також ефективність додаткових електродів знижується при зменшенні відстані між ними. Тому, якщо ми хочемо домогтися мінімального опору, нам потрібно розташувати заземлювачі подалі один від одного. Але, крім опору, є ще речі, на які слід звернути увагу. Якщо до наших заземлителям підключаються громовідводи, то їх не варто виносити за межі об'єкта, що захищається. Наприклад, якщо ми будуємо контур з 4-х вертикальних заземлювачів для квадратного будинку, то розумно було б розташувати їх поблизу кожного кута. Якщо об'єкт вузький і довгий, то електроди краще розподілити уздовж однієї із стін. І так далі.
Скорочення. розшифровка
- Т - заземлена нейтраль (лат. Terra);
- I - ізольована нейтраль (англ. Isolation).
Друга літера позначає стан відкритих провідних частин щодо землі:
- Т - відкриті провідні частини заземлені, незалежно від ставлення до землі нейтралі джерела живлення або будь-якої точки мережі живлення;
- N - відкриті провідні частини приєднані до глухозаземленою нейтралі джерела живлення.
Наступні після N букви позначають поєднання в одному провіднику або поділ функцій для нульового робочого та нульового захисного провідників:
- S - нульові робочий N і захисний РЕ провідники розділені (англ. Separated);
- С - функції нульового захисного і нульового робочого провідників поєднані в одному PEN-провіднику (англ. Combined);
- N - нульовий робочий (нейтральний) провідник (англ. Neutral);
- РЕ - захисний провідник (нульовий захисний або заземлюючий провідник, захисний провідник системи зрівнювання потенціалів) (англ. Protective Earth);
- PEN - суміщений нульовий захисний і нульовий робочий провідники (англ. Protective Earth and Neutral).