Контур заземления

Контур заземления – это термин с вариантами толкований:

  1. Металлическая конструкция, закопанная глубоко в грунт и имеющая относительно него малое электрическое сопротивление, служащая заземлителем.
  2. Нулевые проводники в комплексе из состава оборудования целого здания, служащие для защиты металлических конструкций, в рабочем состоянии не являющихся источниками электрической опасности, от заноса на них потенциала.

Сказанное позволит сделать контур заземления самостоятельно, предостережёт от непозволительных действий.

Из истории

Как гласит предание, изобретатель заземлённой розетки (стандарта Соединенных штатов Америки) ввел дополнительный контакт, когда его домовладелица оказалась поражена током по неосторожности. Желая чуть охладиться, женщина решила, что вентилятор подойдёт. В это время через окно внутрь забрался кот и прыгнул. Хозяйка и прибор оказались на пути животного… В результате происшествия кот не пострадал. Но электрический шок заставил женщину все рассказать Филиппу Лабре (Philip Labre). Инженер проанализировал произошедшее и понял, что цепь не замкнулась бы на человека, заземли он корпус вентилятора.

Что касается прочих стран мира, осознание необходимости в заземляющем защитном контакте пришло давно. Подробнее описано в разделе про штепсельные розетки. Сегодня защитное заземление введено в схемы электроснабжения стран мира. Форма розетки отличается, но факт необходимости меры вполне осознан.

Согласно данным советской литературы в период властвования Никиты Хрущёва выработка энергии составила 230 млрд. кВт-часов. Что превышало в 120 раз показатель 1913 года. Так советские политологи пропагандировали коммунистический строй. Согласно данным отчётов в мире потребление каждые десять лет удваивалось. И СССР оказывался, понятное дело, впереди всей планеты. При этом безопасность отодвигалась на второй план, редкий человек знал, что такое контур заземления.

Случившийся в начале 70-х годов экономический кризис показал, что установившееся материальное благополучие развитых стран способно в любой момент пошатнуться. Когда цены поднялись до 12 долларов за баррель, промышленники забили тревогу. Стали думать про класс энергоэффективности бытовой техники. Первым инновационные технологии сбережения энергии опробовал штат Калифорния. А правительство следило за результатом (оправдавшим чаяния зачинщиков мероприятия).

Схематическая зарисовка заземления

Схематическая зарисовка заземления

Как следствие, произошёл потрясающий рост количества электрических приборов при прежнем потреблении в целом. Теперь уже стали задумываться о контуре заземления, дифференциальных автоматах, дизайне и спросе.

Потребность в заземлении

Бытовая техника

В быту без возможности заземлить корпус требуется занулить. Это общее правило, годящееся в большинстве случаев. Даже для трёхфазных цепей. Занулять не нужно корпусы и прочие части установок, проводящие ток, цепи питания которых лишены защиты дифференциальным автоматом. Это простое правило вытекает из очевидных соображений: в двухфазных цепях току все равно, где замыкаться на землю. Если авария не обнаружена немедленно (при помощи дифференциального автомата), замыкание происходит через любые части контура:

  1. Трубы канализации, водоснабжения, газа.
  2. Арматура зданий.
  3. Электрические щиты.
  4. Антенны.

Предсказать заранее, куда двинется ток, сложно. В бытовой технике занулённый предмет нужно защищать дифференциальными автоматами. Прямо не говорится, но требования ПУЭ и ГОСТ Р 50571.11 однозначно выполняют предписание. Согласно нормам, полагается занулять все (присутствуют исключения) металлические предметы на кухне и в ванной комнате, а на потребителей ставить дифференциальные автоматы защиты. Чем обеспечивается безопасность в случаях, рассмотренных выше.

Что касается трёхфазных цепей (с глухозаземлённой нейтралью), в них зануление корпуса считается надёжной защитой. В одной из ветвей питания потенциал способен оказаться ниже почвы, ток утечки направится туда. Если корпус просто завести на контур заземления, образуется резистивный делитель, где сложно предсказать потенциал конкретной точки. Львиная доля тока пойдёт через неудачника, взявшегося за оголённую токонесущую конструкцию рукой. Занулённый корпус уже возможно, а иногда нужно заземлить.

Защита от однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью

С защитного заземления в цепях с изолированной нейтралью начинается книга М.Р. Найфельда из известной Библиотеки электромонтера. Из описания следует, что уравнивание с потенциалом грунта любых токонесущих конструкций становится обязательной мерой защиты. Рабочий персонал в полной безопасности. Как определить, что произошла утечка? Мощное оборудование продолжает функционировать и в описанных условиях.

Режим однофазного замыкания учебником рассматривается лишь как потенциально опасный. Оборудование продолжает работать, а аппаратура контроля изоляции просигнализирует ремонтной группе, вводя в курс грядущих событий. Налицо серьёзные трудности:

  1. Потеря электроэнергии на нагрев проводки и почвы. Помимо очевидных неприятностей это грозит порчей полимерной изоляции кабелей и проводов.
  2. Создаётся потенциально опасная ситуация. Возможно образование точек, где проявляется шаговое напряжение.
  3. Перекос фаз, неизбежно проявляющийся в такой ситуации, становится потенциально невыгодным режимом эксплуатации для поставщика энергии и потребителей. Возможны рост или падение напряжения по другим линиям.

Бригада ЛЭП знает, как себя вести в опасной ситуации, что делать обычным гражданам и даже предприятиям? Чтобы бороться с ситуацией на месте, применяются типы реле:

  1. Реле перекоса фазных напряжений работает на описанном принципе. При замыкании на землю нагрузка одной ветви сильно вырастает. Нарушается баланс напряжений по терм фазам. Реле отслеживает этот момент и отключит нагрузку или подаст сигнал тревоги.
  2. Реле нулевой последовательности функционируют на основе метода симметричных составляющих. По особым правилам ток раскладывается на сумму векторов. Появление определённых составляющих в уравнениях сигнализирует о наступлении нежелательной ситуации. Напряжение нулевой последовательности сигнализирует о появлении короткого замыкания.

Небезопасным считается перекос фаз для работы оборудования. Требуется отключать холодильники (компрессоры) и кондиционеры при возникновении подобных ситуаций. Защитное заземление максимально простым путём поможет решить сложность идентификации ситуации. Особенно, если цепь контролировать трансформатором тока.

Электрический обогрев пола

Из сказанного следует, что сферы, ранее обеспечиваемые исключительно нефтью, сегодня частично переведены на снабжение электричеством. Речь, прежде всего, идёт об отоплении. Появляется повод задуматься об утеплении дома и безопасности. К примеру, система Тёплый пол занимает всю площадь комнаты. Опасность способна прийти со всех сторон:

  • Влага из подвала поднимается за счёт капиллярного эффекта вверх.
  • Потоп превратится в катастрофу. Опасно ходить по влажному полу.

Бетон, кирпич проводят электрический ток. Как сделать заземление системы Тёплый пол? Не стоит полагаться на статистику, мол, низкая вероятность поражения человека, но… Допустим, человек вошёл в комнату, где проведена влажная уборка, босиком – чтобы не натоптать. Взялся рукой за смеситель и получил полноценный удар током. Механизм произошедшего:

  1. От перегрева или в силу старости электрическая изоляция кабеля растрескалась.
  2. Бетонная стяжка стала больше похожа на кракелюр ввиду прошедшего времени.
  3. Вода, налитая на пол, проникла к кабелю. Заземляющих предметов не оказалось поблизости, система продолжила работу в обычном режиме: току нет пути.
  4. Когда голой ногой некто встал в лужу, а потом взялся рукой за смеситель, замкнул телом цепь. Часть тока пошла через человека, прочая – дальше по цепи обогревать помещение.

В этой ситуации учитывается, что сопротивление резистивного кабеля весьма высокое, через человека пойдёт значительный ток. Скептики заявят — на входе стоит дифференциальный автомат защиты, который немедленно засечёт утечку. Но, как правило, лучше опасной ситуации не допускать, чем гадать, почему пол холодный. Автомат, будучи поставлен согласно указаниям А. Земскова, вероятно, работает обособленно от освещения и розеток. Хозяин не узнает, что пол больше не греется.

Это очевидные доводы, контур заземления предлагается изначально обустроить по-иному. Если не удаётся найти экранированный резистивный кабель, чтобы занулить оплётку, допустимо подобрать металлорукав. Электрики кладут провод Тёплого пола зигзагом. Это не противоречит общим требованиям нормативных актов и однозначно снизит опасность. Допускается заземлять армирующую сетку, проложенную поверх кабеля, вдобавок общие правила рекомендуют арматуру железобетона соединять с грунтом. Естественно заземлённые конструкции допускается использовать в системах защиты.

Где обустроить заземлитель

Контур заземления соединяется с грунтом через заземлитель. Важную роль играет сопротивление между ним и почвой. По промышленным меркам общий импеданс от точки защиты не допускается больше 5 Ом. К бытовым приборам стандарты лояльнее – хватит 10 Ом. Точные значения в таблице. Конструкция заземлителя собирается из металлических полос, труб, уголков.

Допустимо обустроить заземлитель по Евростандарту, но авторы уверены, что большинство читателей поленится листать англоязычную литературу. Между тем, издание М.Р. Найфельда предоставляет данные для проведения расчётов. Согласно зависимости сопротивления стали грунту от удельного сопротивления самого грунта возможно выбрать геометрические размеры заземлителя (длину, сечение). Следует обратить внимание, что приведённое значение характеризует процесс стекания тока с заземлителя. Внутреннее сопротивление цепи находится по обычным физическим формулам. Чем проводник длиннее, тем оно значительнее.

Сопротивление почвы берётся из таблицы и зависит от вида грунта. Вдобавок автор приводит данные о единичных заземлителях. Это позволяет комбинировать полосы стали с различными конструкциями, добиваясь желаемого эффекта. Евростандарт рекомендует собрать «гребёнку». Полоса стали залегает на глубине от 0,6 метра и более, от неё вниз (до 5 метров) идут равномерно расставленные металлические прутки.

Из графика видно, что размеры заземлителя определяются преимущественно грунтом и что выгодно дойти до подземных вод, снижая объем работ. Понятно, что металл начнёт быстро гнить. Для избавления от неприятности возможно пользоваться грунтовкой (против ржавчины) по металлу либо выбрать иное место захоронения заземлителя.