Що таке заземлення? Типи, стандарти, опір ґрунту та посібник із застосування

Безпека в електроустановках забезпечується не лише вибором правильних матеріалів, але й заземленням системи відповідно до міжнародних стандартів. Заземлення є одним із найважливіших компонентів електроустановок, як для безпеки життя, так і для захисту обладнання. У цьому посібнику ми детально обговоримо, що таке заземлення, для чого воно виконується, його типи, стандарти, вимірювання опору заземлення та основні етапи застосування з інженерної точки зору.

Що таке заземлення?

Заземлення – це метод безпеки, який забезпечує контрольовану передачу струму витоку в електричних системах у землю , слідуючи шляхом найменшого опору. Правильно спроектована система заземлення захищає людей від ураження електричним струмом, запобігає пошкодженню обладнання та забезпечує безпечну експлуатацію об'єкта.

Якщо говорити міжнародною мовою, то згідно зі стандартом TS EN 60364-5-54 , заземлення – це пряме з’єднання неактивних металевих поверхонь або нейтральної точки із землею через провідник з електричною безперервністю.

Чому робиться заземлення?

Без належного заземлення електричні несправності можуть безпосередньо пошкодити обладнання, споруди та, що найважливіше, людей. Справна система заземлення значно знижує такі ризики:

• Зменшення ризику ураження електричним струмом: струми витоку протікають через землю, а не через тіло людини.
• Усунення дисбалансу напруги: це запобігає пошкодженню пристроїв у таких випадках, як обрив нульового дроту або дисбаланс фаз.
• Захист обладнання та споруд: Пристрої, що знаходяться під напругою, забезпечують безпеку завдяки заземленню.
• Захист від блискавки: удари блискавки та раптові стрибки напруги контрольовано відводяться в землю.
• Безперервність роботи: збої локалізовані, що запобігає зупинці всієї установки.

Які бувають різні типи заземлення?

Залежно від їх призначення та структури об'єкта, заземлення можна розділити на три основні категорії: захисне заземлення , експлуатаційне заземлення та блискавкозахист .

Захисне заземлення

Захисне заземлення — це процес з’єднання неактивних металевих поверхонь (корпусів пристроїв, обшивок панелей, металевих труб тощо) в електроустановках із землею. Його основне призначення — захист людей від ураження електричним струмом .

Приклади застосування:

• Заземлюючі клеми розеток та пристроїв кінцевого користувача.
• Заземлення таких машин, як двигуни, насоси та вентилятори.
• Заземлення панелей, шаф та металевих корпусів.
• Стовпи зовнішнього освітлення та металеві конструкції

Промислове заземлення

Експлуатаційне заземлення — це процес з’єднання нейтральної точки або певних компонентів кола електричної системи із землею за нормальних робочих умов, як того вимагають принципи роботи системи. Метою є забезпечення стабільної та безпечної роботи системи.

Приклади застосування:

• Заземлення нульової точки трансформатора
• Заземлення нейтралі генератора
• Заземлення зоряної точки в системах середньої напруги.

Заземлення від блискавки

Заземлення блискавки – це система в системах блискавкозахисту (СБЗ), яка забезпечує безпечну передачу струму високої енергії від клем блискавкозахисту та токовідводів до землі. Стандарт TS EN 62305 визначає критерії проектування для цих систем.

Заземлення від блискавки захищає будівлі та споруди від механічних пошкоджень, пожежі, перенапруги та пошкодження електронного обладнання, які можуть бути спричинені блискавкою.

Як зробити заземлення?

Заземлення – це не просто забивання стрижня в землю. Властивості ґрунту, питомий опір, глибину залягання електрода, поперечний переріз провідника, методи з'єднання та нормативні вимоги необхідно враховувати разом. Нижче ви знайдете основні кроки професійного заземлення.

1) Вимірювання та проектування ґрунту

Для надійного заземлення спочатку потрібно виміряти питомий опір (ρ) ґрунту. Найпоширенішим методом для цього є метод Веннера з використанням чотирьох електродів .

ρ = 2 · π · a · R

• ρ : Питомий опір ґрунту (Ом·м)
• a : Відстань між електродами (м)
• R : Виміряний опір (Ом)

Приблизні діапазони питомого опору залежно від типів ґрунту зразка:

2) Розміщення заземлювальних електродів

Найчастіше використовуваними електродами є сталеві стрижні з мідним покриттям та оцинковані стрічкові пластини. Розташування електродів визначається відповідно до питомого опору землі та бажаного опору заземлення.

• Стрижневі електроди зазвичай використовуються довжиною 1 м, 3 м або 6 м.
• Головка електрода повинна залишатися приблизно на 30–40 см нижче рівня землі, щоб захистити її від морозу та зовнішніх впливів.
• Якщо бажаного опору досягти неможливо, використовуються кілька електродів, з'єднаних у вигляді зірки, кільця або сітки.

З міркувань безпеки місце розташування заземлювального електрода слід вибирати якомога ближче до фундаменту будівлі та якомога далі від підземних комунікацій (водопостачання, каналізація, природний газ тощо).

3) Базове застосування заземлення

Одним із найнадійніших методів для новозбудованих будівель є заземлення фундаменту . Згідно з TS EN 50522 та відповідними нормами, безперервний контур формується шляхом укладання оцинкованих смуг всередині бетонного фундаменту.

• Оцинковані смуги (наприклад, 30×3 мм, 25×4 мм) укладаються вздовж кроквяного фундаменту або фундаментних балок.
• Забезпечується електрична безперервність залізобетонної арматури.
• Клеми стояка залишаються для підключення до зовнішньої сторони фундаменту та підключаються до зовнішньої системи заземлення.

Завдяки заземленню фундаменту між будівлею та землею утворюється система заземлення з великою площею поверхні та низьким опором. Більш детальну технічну інформацію про це застосування можна знайти в посібнику з використання заземлювальної смуги фундаменту від Esco Elektrik.

4) Підключення заземлювальних провідників

Мідь, оцинкована стрічка або мідний багатожильний пруток є кращими струмопровідними матеріалами для заземлювальних провідників. Міцність та корозійна стійкість точок з'єднання мають вирішальне значення для довговічності системи.

• Екзотермічне зварювання: забезпечує постійний зв'язок на молекулярному рівні між заземлювальними стрижнями, смугами та провідниками. Це найнадійніше рішення проти корозії.
• Болтові та хомутові з'єднання: легко встановлюються, але потребують регулярного обслуговування, щоб витримувати зовнішні умови.
• З'єднувальні шини: Використовуються для з'єднання різних гілок системи заземлення до однієї точки.

Термозварні з'єднання є кращими, особливо на критично важливих об'єктах та для зовнішнього застосування. Посібник з вибору заземлювальних кілків та пластин від Esco Elektrik допоможе вам обрати правильні матеріали.

5) Вимірювання опору заземлення

Після завершення встановлення заземлення необхідно виміряти опір заземлення системи . Для цього вимірювання зазвичай перевагу надають спеціальним пристроям (мегаметрам заземлення), що використовують 3-полюсний (3P) або 4-полюсний (4P) метод.

Загальноприйняті значення цільового опору:

Результати вимірювань необхідно записувати та повторювати через регулярні проміжки часу (зазвичай не рідше одного разу на рік на промислових об'єктах).

6) Періодичні перевірки та технічне обслуговування

Системи заземлення можуть з часом погіршуватися через корозію, зміни структури ґрунту та механічні впливи. Тому:

• На промислових об'єктах, один раз на рік,
• Системи блискавкозахисту слід перевіряти принаймні раз на рік.
• Частіші інтервали в небезпечних середовищах (вибухонебезпечних середовищах тощо)

Рекомендується проводити вимірювання та візуальний огляд. Точки з'єднання, термозварні шви, смуги та стрижні слід періодично перевіряти та замінювати за необхідності.

Моменти, які слід враховувати під час виконання заземлення

• Заземлювальні електроди повинні знаходитися на безпечній відстані від підземних вод, каналізації, природного газу та подібних мереж.
• У дуже кам'янистій, сухому піщаній або скелястій місцевості важко досягти низького опору одним стрижнем; слід віддавати перевагу багатоелектродній та кільцевій системі.
• Провідність ґрунту безпосередньо впливає на продуктивність системи; слід надавати перевагу ґрунтам з низьким опором.
• З'єднання повинні бути без розхитань або окислення; по можливості слід використовувати термозварювання.
• Вимірювання необхідно провести після встановлення, а системи, що перевищують цільове значення, не слід вводити в експлуатацію.

Як зменшити опір заземлення?

Для зниження опору заземлення до потрібного рівня можна використовувати такі методи:

• Встановіть додаткові заземлювальні стрижні та збільште відстань між ними.
• Щоб встановити розташування електродів у формі зірки, кільця або сітки,
• Проникаючи на глибші рівні, ми можемо досягти вологих та провідних шарів.
• Використання ґрунтових поліпшувачів, таких як бентоніт,
• Збільшення площі поверхні за допомогою заземлювальної смуги.

Технічна інформація Esco Elektrik щодо правильних методів та типів заземлення допомагає інженерам та монтажникам на етапі застосування.

Матеріали, що використовуються для заземлення

• Заземлювальні стрижні з мідного покриття з сталі
• Оцинковані стрічкові та плоскі провідники
• Мідний провідник і багатожильний дріт
• Заземлюючі шини та з'єднувальні затискачі
• Термозварювальні форми та зварювальні порошки
• Заземлювальні коробки та точки підключення

Правильний вибір цих матеріалів, належні методи монтажу та дотримання відповідних стандартів складають основу довговічної та безпечної системи заземлення.

Переваги систем заземлення

• Це мінімізує ризик ураження електричним струмом.
• Це зменшує ризик виникнення пожежі, спричиненої несправностями електромережі.
• Це подовжує термін служби електричного та електронного обладнання.
• Це підтримує безперервність виробництва та бізнесу.
• Це забезпечує дотримання норм і стандартів.

Часті запитання

Яким має бути ідеальний опір заземлення в Омах?

У житлових та комерційних будівлях загальноприйнятим цільовим значенням є 5 Ом і нижче . На підстанціях, чутливих електронних системах та телекомунікаційних об'єктах це значення можна ще зменшити (діапазон 1–3 Ом).

Що станеться, якщо немає заземлення?

Без належного заземлення на корпусах обладнання може накопичуватися небезпечна напруга, що призводить до серйозних ризиків, таких як ураження електричним струмом, пошкодження обладнання та пожежа. Крім того, удари блискавки та перенапруги можуть завдати значної шкоди приміщенню та обладнанню.

Яким має бути заземлювальний кабель?

Заземлювальний провідник зазвичай вибирається з мідних провідників зелено-жовтого кольору , а його поперечний переріз повинен відповідати відповідним стандартам та струму короткого замикання, який він має переносити. TS EN 60364-5-54 визначає мінімальні значення поперечних перерізів захисних провідників.

Як часто слід проводити вимірювання заземлення?

На промислових об'єктах та у критично важливих системах рекомендується вимірювати опір заземлення принаймні раз на рік, а для більш чутливих застосувань – кожні шість місяців. Регулярні періодичні перевірки та вимірювання також є обов'язковими в системах блискавкозахисту.

Яких стандартів необхідно дотримуватися в системах заземлення?

Основними стандартами щодо застосування заземлення в електроустановках у Туреччині є TS EN 60364-5-54 , TS EN 50522 , TS EN 62305 та Регламент щодо внутрішніх електроустановок . Дотримання цих стандартів є критично важливим як з точки зору законодавчої вимоги, так і для безпеки експлуатації.