Краткий обзор возможных естественных заземлителей
Существует несколько видов естественных заземлителей, которые широко применяются в различных сферах. Вот некоторые из них:
- Заземления зданий: Здания могут использовать основу здания, такую как армированный бетонный фундамент или металлические структуры здания, для создания заземлителя. Это обеспечивает надежное заземление и защищает здание от перенапряжений.
- Заземление электроустановок: В электроэнергетике и промышленных установках заземление проводится через металлические трубы или трубопроводы, подземные металлические структуры или металлические фундаменты.
- Заземление молниезащиты: Для защиты от удара молнии, молниезащитные системы используют заземлители, которые включают заземленные провода, металлические стержни и металлические ленты, установленные на высотных сооружениях.
- Заземление почвы: Заземление можно осуществить, используя электроды, которые вводятся в землю на определенную глубину. Электроды могут иметь форму металлических стержней, пластин или электропроводных колодцев.
- Заземление деревьев: Деревья также могут служить естественными заземлителями. Корневая система дерева связана с подземными слоями почвы, что позволяет току эффективно разрешаться.
Выбор определенного типа естественного заземлителя зависит от конкретных условий и требований приложения. Правильное заземление является неотъемлемой частью безопасности и способствует эффективной работе электрических систем.
Естественные и искусственные виды заземления
Естественное заземление — конструкции непосредственно соприкасающиеся с землей
В качестве естественной защиты используются:
- Свинцовые оболочки кабелей, проложенные в траншеях под землей; рельсовые пути неэлектрифицированных подъездных путей, железных дорог и т.д.
- Железобетонные и металлические конструкции любых строительных сооружений, которые непосредственно соприкасаются с землей.
- Проведенные под землей водопроводные и канализационные магистрали. Нельзя использовать металлические трубы, по которым проходят взрывоопасные и горючие вещества.
Искусственное заземление
Как правило, для искусственных заземлителей используют горизонтальные и вертикальные электроды. Роль вертикальных может играть прутик или стальная труба, длиной не менее 3 метров. Суть реализации состоит в том, чтобы верхние концы погрузить в землю и соединить полоской из стали, используя сварочный аппарат. Такая технология образует контур заземления.
Для безопасного использования электрических приборов должны быть использованы естественные заземлители. Их применение позволяет сэкономить семейный бюджет и время, поскольку нет необходимости сооружать искусственные заземлители. Если естественный вид удовлетворяет все требования ПУЭ по сопротивлению растекания, искусственное можно не сооружать.
Сравнение искусственного и естественного контура
Трубопроводы, находящиеся в земле, выполняют роль естественного заземлителя
Естественный контур – это две и более металлические конструкции, которые контактируют с почвой для безопасного использования бытовой техники. Естественное заземление также делится на следующие разновидности:
- Трубопроводы, предназначенные для различных целей, находящиеся в земле.
- Арматура строительных сооружений, которая погружается в слои грунта.
Данные типы защитного контура обязательно должны быть связаны с объектом минимум двумя элементами. Как правило, их устанавливают в разных частях конструкции.
- отопительные системы и канализационные магистрали;
- трубы, поверхность которых покрыта антикоррозийным составом;
- металлоконструкции, предназначенные для транспортировки горючих и токсичных веществ.
Искусственный контур – это специальные конструкции, изготовленные из металла. Для работы их погружают в слои грунта. Наиболее распространенные примеры искусственных защитных контуров:
- Металлические полотна, заложенные в землю. Им могут быть свойственны разные формы и размеры.
- Стержни, уголки, трубы и стальные балки, помещенные в землю.
3.2.6. Модель «земли»
На основании вышеизложенного можно предложить электрическую модель системы заземления, показанную на . При составлении модели предполагалось, что система заземления состоит из заземляющих электродов, соединенных между собой сплошной шиной заземления, к которой приварена пластина (клемма) заземления. К клемме заземления подсоединяются, к примеру, две шины (два проводника) заземления, к которым в разных местах подключается заземляемое оборудование.
 |
Рис. 3.71. Электрическая модель системы заземления |
Если шины заземления или заземляющие проводники проходят близко один от другого, то между ними существует магнитная связь с коэффициентом взаимной индукции (). Каждый участок проводника (шины) системы заземления имеет индуктивность , сопротивление и в нем наводится э.д.с. помехи путем электромагнитной индукции. На разных участках шины заземления к ней подсоединено оборудование автоматики, которое поставляет в шину заземления ток помехи , вызванный описанными в разделе “Источники помех” причинами, и ток цепей питания, возвращающийся к источнику питания по шине земли. На изображено также сопротивление между заземляющими электродами и ток помехи , протекающий по земле, например, при ударах молнии или при к.з. на землю мощного оборудования.
Если шина сигнального заземления используется одновременно для питания систем автоматизации (этого нужно избегать), то необходимо учитывать ее сопротивление. Сопротивление медного провода длиной 1 м и диаметром 1 мм равно 0,022 Ом. В промышленной автоматике при расположении датчиков на большой площади, например, в элеваторе, длина заземляющего проводника может достигать 100 м и более. Для проводника длиной 100 м сопротивление составит 2,2 Ом. При количестве модулей системы автоматики, питаемых от одного источника, равном 20 и токе типовом потребления одного модуля 0,1 А падение напряжения на сопротивлении заземляющего проводника составит 4,4 В.
При частоте помехи более 1 МГц возрастает роль индуктивного сопротивления цепи заземления, а также емкостной и индуктивной связи между участками цепей заземления. Провода заземления начинают излучать электромагнитные волны и сами становятся источниками помех.
На высоких частотах проводник заземления или экран кабеля, проложенный параллельно полу или стене здания, образует совместно с заземленными металлическими конструкциями здания длинную линию с волновым сопротивление порядка 500…1000 Ом, короткозамкнутую на конце. Поэтому сопротивление проводника для высокочастотных помех определяется не только его индуктивностью, но и явлениями, связанными с интерференцией между падающей волной помехи и отраженной от заземленного конца провода. Зависимость модуля полного комплексного сопротивления между точкой подключения проводника к заземляемому оборудованию и ближайшей точкой железобетонной конструкции здания можно приблизительно описать формулой для двухпроводной воздушной линии передачи: , где – волновое сопротивление, – длина проводника заземления; – длина волны помехи; , – скорость света в вакууме (300 тыс. км/с); – частота помехи. График, построенный по приведенной формуле для типового проводника заземления (экрана) диаметром 3 мм при расстоянии до ближайшего прута железобетонной арматуры здания 50 см (при этом волновое сопротивление составляет 630 Ом), приведен на . Отметим, что когда длина проводника приближается к 1/4 длины волны помехи, его сопротивление резко возрастает.
|
Рис. 3.72. Зависимость модуля полного комплексного сопротивления заземляющего проводника от длины провода |
Таким образом, шина земли является в общем случае “грязной землей”, источником помех, имеет активное и индуктивное сопротивление. Она является эквипотенциальной только с точки зрения защиты от поражения электрическим током, но не с точки зрения передачи сигнала. Поэтому если в контур, включающий источник и приемник сигнала, входит участок “грязной земли”, то напряжение помехи будет складываться с напряжением источника сигнала и прикладываться ко входу приемника.
Заземление посредством железобетонного фундамента
Выбор такой конструкции в качестве заземлителя можно осуществить лишь при соответствии физических основ фундамента (гидрофильность бетона) с количественными показателями влажности грунта.
Допускается реализация такого технологического варианта заземления только при условии наличия влажности грунта, на котором находится объект, свыше 3 %. Меньший показатель такой характеристики почвы отразится на гидрофильности бетона: произойдет мощное электрическое сопротивление, железобетонная конструкция потеряет свойства заземлителя.
Естественный заземлитель посредством железобетонного фундамента практичнее применять при таких условиях:
- наличие неагрессивной среды (грунтовые воды с минимальным показателем жесткости);
- отсутствие гидроизоляции;
- наличие дополнительной защиты фундамента (битумное покрытие).
Нормативная стандартизация применения такого типа заземлителя предусматривает варианты, когда его запрещено использовать в системе заземления объекта.
Сечение провода для заземления
Перед покупкой недвижимости стоит уточнить, была ли установлена защита от перенапряжения сети. Постройки, возведенные до 1998 года, в большинстве случаев ею не оснащены. Если заземлитель все же имеется, нужно определить тип системы. Специалисты пользуются следующей классификацией:
| Вид | Элементы | Описание |
| TN | Электроприборы Общий нулевой проводник Глухозаземленная нейтраль Понижающий трансформатор/генератор | Выделяют 3 подвида (TN-C-S, TN-C, TN-S). Они разнятся способами подключения функционального и защитного «нолей». |
| IT | Источник энергии Изолированная нейтраль Защитный контур | В системе нет нулевого функционального проводника. |
| TT | Корпусные детали Проводники защитного «0» Заземлитель модульно-штыревого типа | Трехфазное напряжение передается по четырем проводам. Используется для обслуживания частных домов и небольших торговых точек. Систему допускают к эксплуатации только при наличии приборов защитного отключения. |
Чтобы избежать ошибок, мастер должен заранее ознакомиться с перечнем кратких обозначений. Каждый символ в названии системы имеет свой смысл:
| T | S | N | C | I |
| Заземление | Разделение нулевых проводов | Контакт с нейтралью | Соединение защитной и функциональной жил | Изолирование |
Стационарное оборудование подходит для частных домовладений. Переносные модели востребованы среди собственников передвижных объектов.
Естественный заземлитель: что можно использовать
Стандартизация применения заземлителей в электроустановках зданий регламентируется в материалах следующей документации:
- ПУЭ 7-е издание Раздел 1 Глава 1.7.
- ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96).
- ГОСТ Р 50571.22-2000 (МЭК 60364-7-707-84).
- ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80).
Основным требованием при применении естественного контура выступает его устойчивость к протекающим токам короткого замыкания. Исключается вариант возможного нарушения работоспособности связанных с заземлителями устройств.
Естественный заземлитель предусматривает строение конструкции, которая постоянно находится в земле. В качестве заземляющих устройств такого типа принято использовать:
- Металлическую или железобетонную конструкцию (арматура, железобетонные фундаменты объектов, находящиеся в соприкосновении с почвой).
- Водопроводные трубы из металла, проходящие под землей.
- Трубы буровых скважин обсадного типа.
- Металлические сваи (шпунты) ГТС.
- Оболочки металлического состава различных бронированных кабелей, проходящих под землей.
- Железнодорожные колеи неэлектрифицированных дорог при обязательном наличии перемычек.
Соответствие требованиям ПУЭ по соотношению сечения проводимости — общеобязательный аспект выбора любого устройства в качестве заземляющего элемента. Естественный заземлитель соединяется с заземляющей магистралью электроустановки в двух и более местах.
В качестве естественного контура запрещено применять:
- Конструкции металлических труб горючих или токсичных веществ, газов.
- Трубы с коррозионно-стойкой изоляцией.
- Проводники отопительных систем или канализационных магистралей.
Защита станков и электрооборудования в цехах
В соответствие с действующими правилами ПУЭ различные виды заземлений в электроустановках до 1000 Вольт отличают по принадлежности их к той или иной системе. А по типу заземляемых устройств различают следующие варианты:
- Защита типового станочного оборудования.
- Заземление электродвигателей и сварочных аппаратов.
- Защита передвижных установок и эксплуатируемых электроприборов.
В этом разделе рассматривается первый пункт из перечня, касающийся станков и другого оборудования, устанавливаемого в заводских цехах.
Хорошо известно, что при работе на станочном оборудовании риск случайного попадания фазы на корпус достаточно велик. Чтобы правильно заземлить станок в цеху – потребуется разобраться со следующими моментами:
- Где проложен заземляющий контур в рабочей зоне.
- Какой толщины должна выбираться шина, применяемая для соединения корпуса станка с защитным контуром.
- В каком месте накладывается стационарное заземление.
- Какие заграждающие приспособления допускается использовать для ограничения доступа к опасным частям оборудования.
Рассмотрением всех этих вопросов должен заниматься цеховой электрик, который знаком с расположением элементов заземляющего хозяйства и полностью владеет информацией по порядку подсоединения корпуса станка к ЗУ. Он должен знать, в частности, что для заземления электрооборудования в его конструкции предусмотрена специальная точка, к которой подсоединяется заземляющая шина.
Принцип работы системы заземления TN-S
Электрическая схема питания электроприборов, подключённых к системе TN-S, а аналогична обычной схеме электроснабжения, которая использовалась со времён Теслы и Эдисона. Отличие заключается в наличии дополнительного провода, соединяющего корпус оборудования со средней точкой вторичной обмотки трансформатора. Разделение нейтрали N и заземления РЕ позволяет исключить попадание высокого напряжения на непредназначенные для этого части электроприборов.
В системе заземления TN-S нейтраль трансформатора соединяется с заземляющими устройствами напрямую, без автоматов или рубильников. Такая нейтраль называется «глухозаземлённой».
Согласно ГОСТ Р 50571.1-2009 п.312.2.1.1, заземлять проводник РЕ в дальнейшем нет необходимости. Однако при монтаже этой схемы следует учесть требования ПУЭ п.7.1.87, согласно которым в водном щитке этот провод присоединяется к системе уравнения потенциалов СУП.
Для этого соединяются следующие элементы:
- провод РЕ, приходящий из трансформаторной подстанции;
- стальные трубы коммуникаций, в том числе те, в которых проложены кабеля;
- металлические элементы конструкции и инженерных сооружений.
- корпус вводного электрощита и этажных щитков.
При пробое изоляции на корпус через заземление начинает идти ток, что вызывает отключение автоматического выключателя. Если же он недостаточен для срабатывания защиты то, благодаря заземлению, напряжение на корпусе будет отсутствовать. Это позволит избежать электротравмы, а появляющийся при этом ток утечки вызовет срабатывание УЗО.
Соединение большинства бытовых электроприборов с заземлением происходит в розетках с заземляющим контактом, во время монтажа к которому присоединяется провод РЕ.
Важно! В системах защитного заземления TN-S и TN-C-S розетки подключаются трёхжильным кабелем. К заземляющему контакту присоединяется провод с жёлтой или жёлто-зелёной изоляцией
Достоинства системы TN-S по сравнению с другими системами
На сегодняшний день система защитного заземления TN-S обеспечивает максимально возможную защиту людей от поражения электрическим током. Её надёжность можно ещё больше повысить, если дополнительно установить систему уравнивания потенциалов и подключить УЗО или дифавтомат.
Дополнительное достоинство этого вида защиты в отсутствии необходимости устанавливать контур заземления в каждом доме. Такие заземления, согласно ПТЭЭП п.2.7.9., требуют ежегодной проверки своего состояния. Естественно, в большинстве случаев она проводится формально или не производится совсем, что не делает проживание в доме более безопасным.
Ещё одно преимущество заключается в том, что вся электронная аппаратура, находящаяся в металлическом заземлённом корпусе, оказывается защищённой от высокочастотных помех. Такие помехи создают электробритвы, пылесосы, электросварка и другая аппаратура. Поэтому эту систему предпочитают работники, имеющие дело с компьютерными сетями, телевидением, звукозаписывающей и радиолокационной аппаратурой.
Единственный, но существенный, недостаток этой системы заключается в её более высокой цене, поэтому допускается использовать вместо схемы TN-S уже установленное заземление типа TN-C-S.
Заключение
Подводя итог статье можно увидеть, что система TN-S является лучшей из существующих видов заземления и должна применяться во всех новых электросетях. При невозможности заменить на эту схему существующие линии электропередач следует использовать схему TN-C-S.
Похожие материалы на сайте:
- 5 систем заземления согласно ПУЭ
- Система заземления TT для частного дома
Комбинированные заземлители
Комбинированные заземлители представляют собой сочетание различных материалов, используемых для создания эффективного заземления. Они сочетают в себе преимущества разных материалов и позволяют достичь более надежного и эффективного заземления.
Комбинированные заземлители могут включать в себя следующие материалы:
- Медный проводник. Медь является одним из наиболее эффективных материалов для заземления. Она обладает высокой электропроводностью и хорошей коррозионной стойкостью.
- Стальной стержень. Стальные стержни обладают высокой прочностью и могут быть использованы для установки в землю. Они также имеют хорошую коррозионную стойкость.
- Гальваническая связь. Гальваническая связь позволяет создать дополнительный путь для разряда электричества, предотвращая накопление статического заряда и защищая от электромагнитных помех.
- Графитовый электрод. Графитовые электроды обладают высокой электропроводностью и хорошей устойчивостью к коррозии. Они могут быть использованы для установки в грунт.
Комбинированные заземлители позволяют улучшить эффективность заземления и обеспечить надежную защиту от электромагнитных помех и статического заряда. Они находят широкое применение в различных отраслях, в том числе в энергетике, телекоммуникациях, строительстве и промышленности.
Значение зеленых насаждений
Зеленые насаждения играют важную роль в создании естественного заземлителя. Растения, такие как деревья, кустарники и травы, создают естественную подушку, которая способна улавливать и разрушать электрический заряд.
Зеленые насаждения могут служить эффективной защитой от перенапряжений и электростатических разрядов, которые могут возникнуть во время грозы или при использовании электронной аппаратуры. Они поглощают лишний заряд и перенаправляют его в землю, обеспечивая безопасность людей и окружающей среды.
Кроме того, зеленые насаждения имеют еще несколько важных функций:
- Они способствуют улучшению качества воздуха, поглощая углекислый газ и выделяя кислород в процессе фотосинтеза.
- Они улучшают микроклимат, создавая тень и охлаждающий эффект.
- Они снижают шум и вибрацию, создавая барьер от источников шума и поглащая звуковые волны.
- Они улучшают качество почвы, предотвращая эрозию и сохраняя плодородие.
- Они создают природную красоту и способствуют психологическому комфорту.
Все эти преимущества делают зеленые насаждения не только важным элементом естественного заземлителя, но и необходимой частью нашей окружающей среды. Поэтому охрана и сохранение зеленых насаждений должны быть приоритетными задачами в нашей жизни.
Керамические заземлители
Керамические заземлители широко используются для организации систем заземления. Они изготавливаются из глины, которая обладает высокой электропроводностью. Благодаря своей структуре, керамические заземлители обеспечивают надежное заземление и защиту от электрических разрядов.
Керамические заземлители имеют высокую изоляционную способность, что позволяет им быть эффективными в любых условиях. Керамический материал также обладает хорошей стойкостью к воздействию окружающей среды, включая высокие температуры, влагу и химические вещества.
Особенностью керамических заземлителей является их долговечность и низкая степень истирания. Они не подвержены коррозии и не требуют постоянного обслуживания. Керамические заземлители могут использоваться в различных типах установок, включая промышленные предприятия, электростанции и здания.
При выборе керамических заземлителей необходимо обратить внимание на их технические характеристики, такие как габариты, электрическая прочность, удельное сопротивление и средняя температура эксплуатации. Кроме того, стоит учесть требования нормативных документов и безопасность при эксплуатации
Заземлители естественные или искусственные
Естественными заземлителями могут служить любые металлические конструкции, имеющие контакт с землей, например металлические трубы подземного водопровода, металлические (кроме алюминиевых) оболочки бронированных кабелей проложенных в земле, железобетонные конструкции фундамента.
В соответствии с нормами ПУЭ, заземление электроустановок до 1 кВ может осуществляться с применением естественных заземлителей, если их сопротивление или напряжение соприкосновения с корпусом установки не превышает допустимых значений. Возможность применения таких заземлителей должна определяться соответствующими расчетами. При отсутствии или невозможности использования естественных заземлителей устройство заземления в частном доме осуществляется с помощью искусственных заземлителей, которые можно изготовить самостоятельно. Разрешено использовать стальные, оцинкованные или медные заземляющие электроды с круглым, прямоугольным, угловым, трубным профилем сечения, главное – они не должны быть окрашены или иметь любое другое изоляционное покрытие.
Схема заземления частного дома
Заземлители могут располагаться в земле вертикально или горизонтально на глубине ниже уровня промерзания грунта, соединение заземляющих электродов между собой осуществляется только при помощи сварки, болтовое соединение запрещено из-за возможности окисления. Выбор оптимального способа устройства заземлителя зависит от характера грунта на участке, рассмотренная ниже схема заземления частного дома является самым простым и надежным вариантом. Перед началом работ необходимо провести замеры, расчеты электросопротивления грунта, составить проект работ, затем на основании полученных данных рассчитать длину заземляющих электродов и количество используемых материалов.
Функции искусственного заземляющего элемента
Согласно пункту ПУЭ 1.7.28, заземление должно быть организованно для всех видов промышленных и бытовых электроустановок. Необходимость установки аргументирована практической значимостью функций системы. Каждой части заземляющего устройства отведена своя задача.
Проводящий элемент или совокупность соединенных между собой аналогичных элементов заземляющего устройства играют важную роль в надлежащей работе всей системы заземления объекта.
Существует две основных функции заземления, которые реализуются при помощи искусственного заземлителя:
- Обеспечение электрической безопасности пользователям электроустановки. Основные задачи защитной функции — уменьшение показателей разности потенциалов, отвод блуждающего тока. Ток утечки образуется при взаимодействии заземляющего предмета с фазным кабелем.
- Поддержка эффективной и бесперебойной работы как электрического оборудования, так и всей электроустановки.
Искусственный заземлитель имеет ряд требований, реализация которых позволит добиться надлежащего результата выполнения функций. Основа — надежный монтаж и оптимальное расположение в грунте заземляющего элемента.
Искусственный и естественный заземлитель: преимущества
Искусственный контур специально выполняется для реализации заземления. Производятся соответствующие расчеты, определяется, какое оптимальное количество стержней необходимо смонтировать для реализации надлежащего сопротивления. Работа трудоемкая, требуется закупка определенных материалов для создания конструкции.
Примеры специальных заземляющих устройств:
- железные балки, трубы, стержни или уголки, монтируемые в землю;
- разной формы стальные полотна, которые закладываются в грунт.
Преимуществом электромонтажа заземления с применением естественного заземляющего устройства выступает его бюджетность:
- минимальные затраты на материал;
- монтаж заземляющего контура не требует значительных капиталовложений.
Очень распространена технология производства заземления с использованием железобетонного фундамента в качестве естественного заземлителя.
