Что такое заземление? Типы, стандарты, сопротивление грунта и руководство по применению.

Безопасность электроустановок обеспечивается не только выбором правильных материалов, но и заземлением системы в соответствии с международными стандартами. Заземление является одним из наиболее важных компонентов электроустановок, как для обеспечения безопасности жизни, так и для защиты оборудования. В этом руководстве мы подробно рассмотрим, что такое заземление, зачем оно нужно, его типы, стандарты, измерение сопротивления заземления и основные этапы применения с инженерной точки зрения.

Что такое заземление?

Заземление — это мера безопасности, обеспечивающая контролируемую передачу тока утечки в электрических системах на землю по пути наименьшего сопротивления. Правильно спроектированная система заземления защищает людей от поражения электрическим током, предотвращает повреждение оборудования и обеспечивает безопасную эксплуатацию объекта.

Если говорить международными терминами, то согласно стандарту TS EN 60364-5-54 заземление — это прямое соединение неактивных металлических поверхностей или нейтральной точки с землей через проводник, обладающий электрической непрерывностью.

Зачем производится заземление?

Без надлежащего заземления электрические неисправности могут напрямую повредить оборудование, сооружения и, что наиболее важно, людей. Надежная система заземления значительно снижает следующие риски:

• Снижение риска поражения электрическим током: токи утечки протекают через землю, а не через тело человека.
• Устранение дисбаланса напряжения: это предотвращает повреждение устройств в таких случаях, как обрыв нейтрального провода или дисбаланс фаз.
• Защита оборудования и помещений: Благодаря заземлению устройства, подвергающиеся воздействию напряжения на теле, становятся безопасными.
• Молниезащита: удары молнии и внезапные скачки напряжения контролируемым образом отводятся в землю.
• Обеспечение непрерывности работы: сбои локализованы, что предотвращает остановку всего предприятия.

Какие существуют типы заземления?

Области применения заземления можно разделить на три основные категории в зависимости от их назначения и конструкции объекта: защитное заземление , эксплуатационное заземление и молниеотвод .

Защитное заземление

Защитное заземление — это процесс соединения неактивных металлических поверхностей (корпусов устройств, панелей, металлических труб и т. д.) в электроустановках с землей. Его основная цель — защита людей от поражения электрическим током .

Примеры применения:

• Клеммы заземления силовых розеток и устройств конечного пользователя.
• Заземление таких машин, как электродвигатели, насосы и вентиляторы.
• Заземление панелей, шкафов и металлических корпусов.
• Опоры наружного освещения и металлические конструкции

Промышленное заземление

Рабочее заземление — это процесс подключения нейтральной точки или определенных компонентов электрической цепи к земле в нормальных условиях эксплуатации, как того требуют принципы работы системы. Цель состоит в обеспечении стабильной и безопасной работы системы.

Примеры применения:

• Трансформатор, точка заземления "звезда" (нейтраль)
• Нейтральное заземление генератора
• Звездное заземление в системах среднего напряжения.

Заземление от молнии

Система молниезаземления — это система в системах молниезащиты, обеспечивающая безопасную передачу высокоэнергетического тока от клемм ловушки и токоотводов в землю. Стандарт TS EN 62305 определяет критерии проектирования таких систем.

Молниеотвод защищает здания и сооружения от механических повреждений, пожаров, перенапряжений и повреждений электронного оборудования, которые могут быть вызваны молнией.

Как выполнить заземление?

Проведение заземления — это не просто забивание стержня в землю. Необходимо учитывать свойства грунта, удельное сопротивление, глубину залегания электрода, поперечное сечение проводника, методы подключения и нормативные требования. Ниже приведены основные этапы профессионального заземления.

1) Измерение и проектирование грунта

Для обеспечения надежного заземления сначала необходимо измерить удельное сопротивление (ρ) грунта. Наиболее распространенным методом для этого является четырехэлектродный метод Веннера .

ρ = 2 · π · a · R

• ρ : Удельное сопротивление грунта (Ом·м)
• а ) Расстояние между электродами (м)
• R : Измеренное сопротивление (Ом)

Приблизительные диапазоны удельного сопротивления в зависимости от типа почвы, из которой взяты образцы:

2) Размещение заземляющих электродов

В качестве электродов чаще всего используются стальные стержни с медным покрытием и оцинкованные полосовые пластины. Расположение электродов определяется в зависимости от удельного сопротивления заземления и требуемого сопротивления заземления.

• Стержневые электроды обычно используются длиной 1 м, 3 м или 6 м.
• Головку электрода следует оставлять на глубине приблизительно 30–40 см от земли, чтобы защитить ее от мороза и внешних воздействий.
• Если требуемое сопротивление не удается достичь, используются несколько электродов, расположенных в виде звезды, кольца или сетки.

В целях безопасности место установки заземляющего электрода следует выбирать как можно ближе к фундаменту здания и как можно дальше от подземных коммуникаций (водопровода, канализации, природного газа и т. д.).

3) Основные принципы заземления

Одним из наиболее надежных методов заземления в новостройках является заземление фундамента . В соответствии со стандартом TS EN 50522 и соответствующими нормативными актами, непрерывный контур образуется путем укладки оцинкованных полос внутри бетонного фундамента.

• Вдоль плитного фундамента или фундаментных балок укладываются оцинкованные полосы (например, 30×3 мм, 25×4 мм) .
• Обеспечивается электрическая непрерывность арматуры железобетона.
• Клеммы стояка оставлены для подключения к внешней стороне фундамента и соединены с внешней системой заземления.

Благодаря заземлению фундамента, между зданием и землей создается система заземления с большой площадью поверхности и низким сопротивлением. Более подробную техническую информацию об этом применении можно найти в руководстве по использованию заземляющих лент для фундамента от Esco Elektrik.

4) Подключение заземляющих проводников

В качестве проводящих материалов для заземляющих проводников предпочтительны медь, оцинкованная лента или медный многожильный стержень. Прочность и коррозионная стойкость точек соединения имеют решающее значение для долговечности системы.

• Экзотермическая сварка: обеспечивает прочное соединение на молекулярном уровне между заземляющими стержнями, полосами и проводниками. Это наиболее надежное решение для защиты от коррозии.
• Болтовые и зажимные соединения: просты в установке, но требуют регулярного обслуживания для работы в условиях окружающей среды.
• Соединительные шины: используются для соединения различных ветвей системы заземления с одной точкой.

Термосварные соединения предпочтительны, особенно на ответственных объектах и при использовании на открытом воздухе. Руководство по выбору заземляющих штырей и пластин от Esco Elektrik поможет вам подобрать подходящие материалы.

5) Измерение сопротивления заземления

После завершения работ по заземлению необходимо измерить сопротивление заземления системы . Для этого измерения обычно предпочтительны специальные приборы (мегомметры) с использованием 3-полюсного (3P) или 4-полюсного (4P) метода.

Общепринятые целевые значения сопротивления:

Результаты измерений необходимо регистрировать и повторять через регулярные интервалы (обычно не реже одного раза в год на промышленных предприятиях).

6) Периодические проверки и техническое обслуживание

Со временем работоспособность систем заземления может снижаться из-за коррозии, изменений структуры грунта и механических воздействий. Поэтому:

• На промышленных предприятиях — раз в год.
• Системы молниезащиты следует проверять не реже одного раза в год.
• Более частые инциденты в опасных средах (взрывоопасные среды и т. д.)

Рекомендуется проводить замеры и визуальный осмотр. Соединительные точки, термосварные швы, полосы и стержни следует периодически проверять и при необходимости заменять.

Что следует учитывать при заземлении

• Заземляющие электроды должны располагаться на безопасном расстоянии от подземных вод, канализации, природного газа и аналогичных сетей.
• На очень каменистой, сухой песчаной или скалистой местности трудно добиться низкого сопротивления с помощью одного электрода; предпочтительнее использовать многоэлектродную кольцевую систему.
• Проводимость грунта напрямую влияет на производительность системы; следует отдавать предпочтение грунтам с низким сопротивлением.
• Соединения должны быть герметичными и не должны подвергаться окислению; по возможности следует использовать термосварку.
• Измерения необходимо проводить после установки, и системы, превышающие целевое значение, не должны вводиться в эксплуатацию.

Как уменьшить сопротивление заземления?

Для снижения сопротивления заземления до желаемого уровня можно использовать следующие методы:

• Установите дополнительные заземляющие стержни и увеличьте расстояние между ними.
• Для создания электродной системы в виде звезды, кольца или сетки,
• Проникая на более глубокие уровни, мы можем достичь влажных и проводящих слоев.
• Используя такие почвоулучшители, как бентонит,
• Увеличение площади поверхности с помощью заземляющей полосы.

Технические материалы компании Esco Elektrik, касающиеся правильных методов и типов заземления, помогают инженерам и монтажникам на этапе применения.

Материалы, используемые для заземления

• Заземляющие стержни из стали с медным покрытием
• Провода из оцинкованной ленты и плоских прутков
• Медный проводник и многожильный провод
• Заземляющие шины и соединительные зажимы
• Термосварочные формы и сварочные порошки
• Заземляющие коробки и точки подключения

Правильный выбор материалов, надлежащие методы монтажа и соответствие соответствующим стандартам составляют основу долговечной и безопасной системы заземления.

Преимущества систем заземления

• Это сводит к минимуму риск поражения электрическим током.
• Это снижает риск возгорания, вызванного неисправностями электропроводки.
• Это продлевает срок службы электрического и электронного оборудования.
• Это обеспечивает непрерывность производства и бизнеса.
• Это обеспечивает соблюдение норм и стандартов.

Часто задаваемые вопросы

Каким должно быть идеальное сопротивление заземления в омах?

В жилых и коммерческих зданиях общепринятое целевое значение составляет 5 Ом и ниже . В подстанциях, чувствительных электронных системах и телекоммуникационных сооружениях это значение может быть дополнительно снижено (диапазон 1–3 Ом).

Что произойдет, если заземление отсутствует?

Без надлежащего заземления в корпусах оборудования могут накапливаться опасные напряжения, что приводит к серьезным рискам, таким как поражение электрическим током, повреждение оборудования и пожар. Кроме того, удары молнии и скачки напряжения могут нанести значительный ущерб объектам и оборудованию.

Каким должен быть заземляющий кабель?

Заземляющий проводник обычно выбирают из медных проводников зелено-желтого цвета , и его сечение должно соответствовать соответствующим стандартам и допустимому току короткого замыкания. Стандарт TS EN 60364-5-54 определяет минимальные значения сечения защитных проводников.

Как часто следует проводить измерения заземления?

На промышленных объектах и в системах критической важности рекомендуется измерять сопротивление заземления не реже одного раза в год, а для более чувствительных применений — каждые шесть месяцев. Регулярная периодическая проверка и измерение также обязательны в системах молниезащиты.

Какие стандарты необходимо соблюдать в системах заземления?

Основными нормативными документами по заземлению в электроустановках в Турции являются TS EN 60364-5-54 , TS EN 50522 , TS EN 62305 и Правила по внутренним электроустановкам . Соблюдение этих стандартов имеет критически важное значение как с точки зрения законодательных требований, так и для обеспечения безопасности эксплуатации.