Для чего заземляются электроустановки, какую опасность для людей представляют не заземленные цепи, и наконец, в каких случаях и как в промышленности выполняется заземление? На эти и другие вопросы даст ответ наша статья. Вы узнаете, каким образом устанавливаются заземлители, как прокладываются для них проводники в различных условиях; что запрещено, а что разрешено использовать для устройства защитного заземления. Мы поговорим о нюансах заземления оболочек кабелей, и том как выполняется прокладка проводников в сухих и сырых помещениях.
Несмотря на то, что проводники электрических сетей изолированы электрически между собой и от земли, емкостным токам изоляция проводников препятствовать не может, ведь электросеть и земля образуют собой обкладки протяженного конденсатора, между которыми неизбежно протекает емкостный ток. То есть всегда имеет место паразитная электрическая цепь, которая через эту емкость замкнута на землю. Поэтому, при случайном контакте, при прикосновении даже к изолированному проводнику, человек подвергается опасности поражения током.
Безусловно, повреждения проводов, находящихся под высоким переменным потенциалом, представляют для людей гораздо большую опасность, однако для предохранения от последствий замыкания на токопроводные корпуса оборудования, сами эти кожухи предварительно соединяются с землей при помощи заземлителей.
В различных промышленных электрических установках на напряжение до 1000 вольт с глухозаземленным нулем однофазного источника, либо с заземленной нейтралью, так же как и в потребителях постоянного тока с глухозаземленной нулевой точкой, выполняют зануление, чтобы в случае аварии размыкание происходило бы автоматически и при том максимально быстро. Скорость срабатывания зависит от выбранного устройства защиты.
С этой целью части оборудования, которые случайно могут попасть под высокое напряжение в аварийной ситуации, зануляют, соединяют с заземленным нулевым проводником сети. Например если на корпус осветительного прибора произойдет замыкание, и корпус при этом занулен, то автоматически сработают предохранители, и напряжение с цепи будет мгновенно снято. ПУЭ предписывают выполнять монтаж большинства установок на 380 и 220 вольт с глухозаземленной нейтралью (непосредственно присоединенной к заземляющему устройству).
В электрических установках с рабочим напряжением до 1000 вольт с изолированной нейтралью, и всегда, когда рабочее напряжение выше 1000 вольт, выполняют заземление, смысл которого — снизить ток, могущий протечь через человека, до ничтожно малой величины. Это достигается заземлением частей оборудования, причем заземляющее устройство обязано иметь сопротивление значительно меньшее, чем у организма человека, который обладает в свою очередь сопротивлением в диапазоне 800 Ом - 100 кОм, что зависит от множества факторов, физиологических в том числе (состояние здоровья, обувь, одежда и т.д).
В электрооборудовании с изолированной нейтралью и классом не превышающим 1000 вольт, сопротивление цепи заземления не должно превышать 4 Ома, а для установок с заземленной нейтралью: для 660 В — не более 2 Ом, для 380 В — не более 4 Ом, и для 220 В — не более 8 Ом. Для высоковольтного оборудования, номиналом от 3000 до 35000 вольт, сопротивление устройств заземления рассчитывается по формуле 125/(ток в землю при замыкании), при этом нормирован максимум в 10 Ом.
Если заземление выступает общим для оборудования различного класса напряжения, то его сопротивление должно быть меньше или равно крайним верхним значениям, иначе защита не даст требуемого эффекта в плане безопасности в силу существенного падения напряжения на элементах оборудования.
Электроустановки переменного трехфазного тока на 380 и более вольт; оборудование постоянного тока на 440 и более вольт, всегда выполняются с занулением или заземлением. В цехах особой опасности, а также в открыто стоящих установках переменного напряжения от 42 вольт, и в оборудовании постоянного напряжения от 110 вольт, — тоже всегда делают зануление или заземление. Взрывоопасное оборудование без вариантов зануляются или заземляются, независимо от уровня рабочего напряжения, поскольку любая случайно возникшая искра или нагрев могут привести к трагедии.
Зануляют или заземляют внешние элементы трансформаторов, двигателей и генераторов, осветительных приборов, различных аппаратов, а также приводы, измерительные обмотки токовых трансформаторов, внешние оболочки щитов, подвижные и съемные элементы конструкций с установленным внутри них электрическим оборудованием, муфты кабелей и другие кабельные конструкции, проводящие оплетки как проводов, так и кабелей, проводящие трубы для защиты электропроводки, каркасы шинопроводов, тросы и т. п. Это касается как стационарного, так и мобильного электрического оборудования, и то и другое встречается в промышленности.
Но есть случаи, когда заземление не обязательно. Так, не делают зануления и не заземляют корпуса оснащенные дополнительной изоляцией, и корпуса тех электрических потребителей, которые имеют подключение к сети не напрямую, а через изолирующий трансформатор. Допускается не делать вообще зануление и не заземлять корпуса, установленные непосредственно на уже зануленных или заземленных проводящих конструкциях при надежном между ними контакте. Это не предмет данной статьи, но подобные меры защиты при косвенном прикосновении призваны защитить электроустановки.
Каждый из зануляемых или заземляемых элементов составного электроприемника соединяется с сетью зануления или заземления своим персональным отводом. Запрещено включать части защищаемой установки последовательно между собой и затем в защитный нулевой или в заземляющий проводник.
Тем не менее несколько различных конструкций, например обрамлений кранов и рельсов, можно подключить последовательно, если они непосредственно используются в роли нулевых защитных или заземляющих шин, либо если сами являются зануляющими или заземляющими магистралями. Каждый болт зануляющей или заземляющей магистрали фиксирует, тем не менее, один индивидуальный проводник.
Когда человек работает с электроинструментом, он все равно касается проводящего корпуса, и при проблемах с изоляцией, корпус иногда может попасть под сетевое напряжение, представляющее опасность для рабочего. Монтажный электроинструмент нередко запитывают от щитка, где а качестве устройств защиты выступают плавкие вставки, срабатывающие, однако, лишь при значительном ток. Но сопротивление провода в петле замыкания играет против нас, и срабатывание защиты может занять более секунды, а это уже опасно для человеческого организма.
Чтобы избежать риска, применяют автоматические устройства защитного отключения, которые успевают срабатывать не более чем за 210 мс после момента замыкания на землю или на корпус.
Защитные устройства данного рода бывают разных видов: для контроля непрерывности заземляющей цепи, для контроля изоляции фаз (от земли), для защиты от попадания фазного тока на корпус, для защиты от двухфазных или однофазных замыканий с землей, для защиты от прямого прикосновения к уязвимым для тока элементам корпуса. Устройства с контролем ТНП типа С-901 и ИЭ-9807, обладают чувствительностью в 10 мА, а время их срабатывания менее 51 мс. Такие устройства не дают току успеть причинить вред человеку.
С целью заземления электроустановок прежде всего применяют естественные заземлители, у которых сопротивление растеканию удовлетворяет ПУЭ. Это может быть железобетонный фундамент здания, закопанная труба водопровода, обсадная труба и т.п. Заземлять электрическое оборудование о трубопроводы с транспортируемым по ним горючим, о чугунные трубы, о временные трубопроводы запрещено.
В первую очередь в качестве нулевых и заземляющих проводников функционируют стандартные рабочие нулевые проводники; проводники специального назначения; проводящие конструкции зданий и части сооружений производственного профиля, например шахты лифтов, рельсы под кранами и т.п., разнообразные трубопроводы, оболочки мощных кабелей, короба электропроводок.
Запрещено использовать как заземляющие проводники: оболочки изолирующих трубок, гофры, несущие тросы, оболочки свинцовые и защитную броню проводов и кабелей, ведь они сами должны грамотно заземляться. Электроустановки и проводящие элементы строительной инфраструктуры, а также всевозможные трубопроводы, подключают к сети зануления или заземления чтобы выравнять их потенциал. Хватает естественного контакта металлов в соединениях.
Если все же требуется искусственный заземлитель, то применяют заглубленные, горизонтальные и вертикальные промышленные заземлители. Для их изготовления типично применяют круглого сечения сталь, от 10 до 16 мм в диаметре, чаще полосовую сталь 40 на 4 мм, либо угловую 50 на 50 на 5 мм. Вертикальные имеют длину от 2,5 до 5 метров, их ввинчивают (до 5 метров) или забивают (до 3 метров) вглубь грунта вручную или при помощи электрического или иного специального инструмента.
Электроустановки, связанные с землей, обладающей удельным сопротивлением превышающим 200 Ом-м, заземляют углубленным заземлителем или дополнительно обрабатывают землю с целью повысить электропроводность — для вертикальных заземлителей укладывают попеременными слоями Ca(OH)2 или NaNO3 и землю, и диаметр такой обработки составляет пол метра на одну треть высоты стержня в верхней его части. По завершении укладки каждого из слоев, их поливают поочередно водой.
Если поблизости есть участки земли с более высокой проводимостью, прибегают к выносным заземлителям с использованием дополнительных кабелей или проводов. В условиях вечной мерзлоты заземлители устанавливают в талых зонах, водоемах, а также в буровых скважинах по типу артезианских.
В качестве материала стационарных проводников для заземления традиционно служит сталь, если конечно для этого не используется четвертый нулевой проводник трехфазной системы (медный). В таблице приведены минимальные размеры для нулевых и заземляющих проводников, включая стальные заземлители. При напряжении электроустановки с изолированной нейтралью от 1000 вольт, сопротивление заземляющих проводников не может, согласно ПУЭ, превышать сопротивления фазных более чем в 3 раза. Минимально разрешенные значения сечений указаны в таблицах.
Для электроустановок напряжением до 1000 вольт, в промышленных помещениях, в цехах, применяют магистраль заземления, стальную шину сечением не меньше 100 кв.мм, а при напряжении более 1000 вольт, минимальное сечение для нее составляет 120 кв.мм. Использовать металлоконструкции, трубопроводы, оборудование, как рабочий нулевой проводник запрещено.
Мобильные электроустановки для зануления или заземления используют индивидуальный проводник в виде жилы в составе кабеля, в одной оболочке, общей и для фазных проводников, того же сечения, что и фазные жилы.
Для заземления и в качестве защитных нулевых проводников на взрывоопасном оборудовании, на опасных производствах, применяют специализированные проводники. Использовать можно и металлоконструкции, стальные трубы, оболочки кабелей и т. д., но только как вспомогательную меру, прежде всего должен присутствовать специальный заземляющий проводник.
Для взрывоопасных установок с глухозаземленной нейтралью при напряжении до 1000 вольт, зануление силовых сетей исполняется дополнительно проложенным проводником: четвертым — для трехфазных сетей, и третьим — для двухфазных и однофазных сетей. Даже осветительные однофазные сети во взрывоопасных зонах класса В-1 оснащены третьим защитным проводником.
Когда естественные конструкции не удовлетворяют требованиям ПУЭ, не остается другого выхода, кроме как возводить искусственные заземлители.
Углубленные заземлители монтируют, укладывая их на дно котлована еще при начале монтажа фундамента сооружения, на этапе строительства. Вертикальные заземлители забивают или просто вдавливают, загоняя в грунт при помощи специальных приспособлений, таких как автоматические коперы или гидропрессы. Закладка верха делается на отметке от 0,6 до 0,7 метров ниже уровня отметки земли, а высота выступа от дна котлована — 0,1 — 0,2 метра. Это делается для того, чтобы затем было удобно приваривать соединительные проводники в виде полос или цилиндрические стержни.
Соединяются проводники в цепях заземлителей путем сварки внахлестку. Если грунт агрессивен и может привести к коррозии металла, то сечение заземлителей увеличивают, применяют как стойкую к коррозии альтернативу омедненные или оцинкованные заземлители, а для большей надежности добавляют антикоррозийную электрическую (катодную) защиту.
Защита асбестовыми трубами добавляется к горизонтальным заземлителям, если они пересекают подземные коммуникации, железнодорожные пути и другие сооружения, могущие способствовать причинению механических повреждений какой-нибудь из пересекающихся конструкций. Когда монтаж окончен, и котлован готов к окончательной засыпке, составляется обязательный акт, где юридически фиксируется, что осуществлена скрытая прокладка.
Нулевые защитные и заземляющие проводники должны по возможности быть легко доступными для диагностики и осмотра. Это, конечно же, не касается жил и оболочек кабелей, труб скрытой проводки и металлических конструкций, которые изначально находятся в фундаментах и в земле, нулевых и заземляющих проводников, смонтированных в скрытых необслуживаемых и несменяемых трубах.
Если помещение сухое, то заземляющие проводники прокладывают прямо по кирпичному или бетонному основанию, проводящие полосы шин крепятся к нему дюбелями. В сырых же помещениях необходимы прокладки или держатели, чтобы проводник располагался на расстоянии в 1 см от основания или более.
На прямых поверхностях основания проводники закрепляют на расстоянии 60 — 100 см между крепежными элементами, а на поворотах — с отступом в 100 см от угла и от мест ответвлений, на расстоянии 40 — 60 см от пола, и не менее 5 см от съемных канальных перекрытий. Чтобы проложить заземляющий проводник сквозь стену, применяют гильзы или монтажные проемы, а в местах пересечения температурных швов добавляют компенсаторы.
К металлическим элементам установок заземляющие проводники приваривают, исключением являются разъемы, служащие для измерений. Нахлестку при сварке делают по длине равной шестикратному диаметру круглого проводника или равной приблизительно ширине полосы.
Корпусы машин традиционно имеют специальный болт для фиксации заземляющего проводника, а установленные на салазкаи станки заземляются присоединением проводника прямо к салазкам. Если оборудование вибрирует при работе, то дополнительно устанавливают контргайку. Прежде чем соединить контактные поверхности, их до блеска зачищают и наносят тонким слоем немного вазелина.
Трубопроводы, примененные как заземлители, иногда оснащены задвижками, встречаются на них и водомеры, и фланцы, в таких местах нужны обходные перемычки площадью сечения от 100 кв.мм, которые приваривают или устанавливают при помощи хомутов.
Нулевые защитные и заземляющие проводники, смонтированные открыто, специально маркируются, чтобы можно было их отличить от других коммуникаций, - желтая полоса на зеленом фоне. Места для присоединения переносных заземлителей не окрашивают.
Броню контрольных и силовых кабелей, их металлические оплетки, заземляют. Заземляют также концевые и соединительные муфты кабелей, проводящие кабельные сборки, короба, лотки и тросы крепления кабелей. Стальные трубы, внутри которых в зданиях прокладывают кабели, - тоже заземляются.
Гибкими многопроволочными медными проводниками обеспечивают контакт оболочки и брони с концевыми и соединительными муфтами. На концах линий эти проводники соединяют с магистралями заземления. Сечения гибких проводников, в соответствии с сечением проводящей жилы кабеля, принимаются равными: 6 кв.мм для сечения жилы кабеля до 10 кв.мм, 10 кв.мм для кабеля 16-35 кв.мм., 16 кв.мм для 50-120 кв.мм и 25 кв.мм для 150-240 кв.мм.
Для обеспечения непрерывности заземляющей цепи кабелей, на местах стыковки соединительными свинцовыми муфтами, применяют пайку: с одного конца кабеля к броне припаивается проводник заземления, затем проводник заземления припаивается к центру муфты, далее - к броне конца следующего куска кабеля. Для заземления проводящих коробов и лотков монтаж осуществляют аналогичным образом, - минимум в паре мест с обоих концов линии делают припайки.
Если кабель проложен на тросах, то все проводящие части, включая и сам трос, заземляются. Применяемые для заземления стальные трубы надежно соединяются с нулевым проводом либо с заземляющим устройством.
Для сохранения в безопасности людей, выполняющих обслуживание, а также для защиты свинцовой или алюминиевой оболочки кабеля, на случай пробоя изоляции на землю, заземляют всю металлическую оболочку и броню кабеля, проводящие корпуса муфт и опорных конструкций.
Надеемся, что эта статья была полезной для вас, и теперь вы имеете представление о том, как и зачем реализуется заземление электроустановок.