Как правильно сделать контур заземления

Содержание

3.2. Заземление

Изучение влияния помех, связанных с неправильным заземлением, требует составления правдоподобных упрощенных моделей системы, включающих источники, приемники и пути прохождения помехи. Анализ таких моделей позволяет оценить влияние помех на характеристики системы.

Термин «заземление» имеет много смысловых оттенков. Мы не будем рассматривать вопросы заземления энергетических электроустановок. Это отдельная тема, которая достаточно подробно рассмотрена в литературе по электроэнергетике [Карякин, Правила]. Ниже речь идет только о заземлении, используемом в системах автоматизации для обеспечения их стабильного функционирования, а также о заземлении с целью защиты персонала от поражения электрическим током, поскольку эти два вопроса невозможно рассматривать изолированно один от другого, не нарушая стандартов системы безопасности труда.

Большинство проблем заземления в системах автоматизации возникают вследствие необходимости защиты человека от поражения электрическим током. С землей соединена нейтраль трансформатора электрической подстанции, земля является частью генератора электростатического заряда во время грозы, а также обкладкой паразитных емкостей и проводником, в котором за счет явления электромагнитной индукции наводятся токи. Земля как проводник участвует практически в любой электрической системе и ее наличие нельзя игнорировать.

3.2.1. Определения

Под заземлением понимают как соединение с грунтом Земли, так и соединение с некоторым «общим проводом» электрической системы, относительно которого измеряют электрический потенциал. Например, в космическом корабле или самолете «землей» считают металлический корпус. В приемнике с батарейным питанием – систему внутренних проводников, которые являются общим проводом для всей электронной схемы. В дальнейшем мы будем использовать именно такое понятие «земли», не беря в дальнейшем это слово в кавычки, поскольку оно давно стало физическим термином. Потенциал земли в электрической системе не всегда равен нулю относительно грунта Земли. Например, в летящем самолете за счет генерации электростатического заряда потенциал земли (корпуса) самолета может составлять сотни и тысячи вольт относительно поверхности Земли.

Уменьшенным вариантом земли космического корабля является «плавающая земля» — не соединенная с грунтом Земли система проводников, относительно которой отсчитывается потенциал в отдельной части электрической системы. Например, в модуле аналогового ввода с гальванической развязкой внутренняя аналоговая земля модуля может не соединяться с грунтом Земли, т.е. быть «плавающей».

Под защитным заземлением понимают электрическое соединение проводящих частей оборудования с грунтом Земли через заземляющее устройство с целью защиты персонала от поражения электрическим током.

Заземляющим устройством называют совокупность заземлителя (т.е. проводника, соприкасающегося с землей) и заземляющих проводников [Правила].

Общим проводом (проводником) называют проводник в системе автоматики, относительно которого отсчитываются потенциалы. Обычно он является общим для источника питания и подключенных к нему электронных устройств. Примером может быть провод, общий для всех 8 входов 8-канального модуля аналогового ввода с одиночными (не дифференциальными) входами. Общий провод во многих случаях является синонимом земли, но он может быть вообще не соединен с грунтом Земли.

Сигнальным заземлением называют соединение с землей общего провода цепей передачи сигнала.

Сигнальная земля делится на цифровую землю и аналоговую. Сигнальную аналоговую землю иногда делят на землю аналоговых входов и землю аналоговых выходов.

Силовой землей будем называть общий провод в системе, соединенный с защитной землей, по которому протекает большой ток (большой по сравнению с током для передачи сигнала).

В основе такого деления земель лежит различный уровень чувствительности к помехам аналоговых и цифровых цепей, а также сигнальных и мощных (силовых) цепей, и, как правило, гальваническая развязка между указанными землями в системах промышленной автоматизации.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземлителю непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока).

Нулевым проводом называется провод сети, соединенный с глухозаземленной нейтралью.

Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству.

Занулением называют соединение оборудования с глухозаземленной нейтралью трансформатора или генератора в сетях трехфазного тока или с глухозаземленным выводом источника однофазного тока [Правила].

Ниже мы будем также использовать термин «кондуктивный» – от слова «conductor» (проводник) – связанный с проводимостью материала, например, кондуктивная помеха наводится через проводник, соединяющий две цепи.

3.2.2. Цели заземления

Защитное заземление служит исключительно для защиты людей от поражения электрическим током. Наличие защитного заземления часто приводит к увеличению уровня помех в системах автоматики, однако оно является необходимым, поэтому исполнение сигнальной и силовой земли должно базироваться на предположении, что защитное заземление имеется и оно выполнено в соответствии с ПУЭ [Правила]. Защитное заземление можно не применять только для оборудования с напряжением питания до 42 В переменного или 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Подробнее см. раздел «Заземление на взрывоопасных объектах» и ПУЭ, гл.1.7.

Правила заземления для уменьшения помех от сети 50 Гц в системах автоматизации зависят от того, используется ли сеть с глухозаземленной или с изолированной нейтралью. Заземление нейтрали трансформатора на подстанции выполняется с целью ограничения напряжения, которое может появиться на проводах сети 220/380 В относительно Земли при прямом ударе молнии или в результате случайного соприкосновения с линиями более высокого напряжения, или в результате пробоя изоляции токоведущих частей распределительной сети.

Электрические сети с изолированной нейтралью используются для избегания перерывов питания потребителя при единственном повреждении изоляции, поскольку при пробое изоляции на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью срабатывает защита и питание сети прекращается. Кроме того, в цепях с изолированной нейтралью при пробое изоляции на землю отсутствует искра, которая неизбежна в сетях с глухозаземленной нейтралью. Это свойство очень важно при питании оборудования во взрывоопасной зоне. В США в нефтегазовой и химической промышленности используется также заземление нейтрали через сопротивление, ограничивающее ток на землю в случае короткого замыкания [Nelson].

Сигнальная земля служит для упрощения электрической схемы и удешевления систем и устройств автоматики. При использовании сигнальной земли в качестве общего провода для разных цепей появляется возможность применения одного общего источника питания для всей электрической цепи вместо нескольких «плавающих» источников. Электрические цепи без общего провода (без земли) всегда можно преобразовать в цепи с общим проводом и наоборот по правилам, изложенным в работе [Денисенко].

В зависимости от целей применения сигнальные земли можно разделить на базовые и экранные. Базовая земля используется для отсчета и передачи сигнала в электронной цепи, а экранная земля используется для заземления экранов.

Базовая сигнальная земля используется также для «привязки» потенциала изолированной части электрической цепи к земле системы автоматики. Например, если входные каскады модуля ввода сигналов термопар имеют гальваническую развязку от земли системы, то потенциал входов может быть как угодно большим вследствие заряда паразитной емкости между землей и входными каскадами. Во время грозы этот потенциал может составить тысячи вольт (см. раздел «Молния и атмосферное электричество»), что приведет к пробою гальванической изоляции модуля. Для предотвращения этого явления аналоговая земля входных каскадов (обозначается обычно AGND) должна быть соединена с землей системы, как это будет описано ниже.

Экранная земля используется для заземления экранов кабелей, экранирующих перегородок, корпусов приборов и снятия статических зарядов с трущихся частей транспортерных лент, ремней электроприводов и т. п.

3.2.3. Защитное заземление зданий

В качестве защитных заземляющих проводников используют естественные и искусственные заземлители [Правила]. К естественным заземлителям относятся, например, стальные и железобетонные каркасы производственных зданий; металлические конструкции производственного назначения; стальные трубы электропроводок; алюминиевые оболочки кабелей; металлические стационарные открыто проложенные трубопроводы всех назначений, за исключением трубопроводов горючих и взрывоопасных веществ, канализации и центрального отопления [Правила, п.1.7.73]. Если их проводимость удовлетворяет требованиям к заземлению, то дополнительные проводники для заземления не используются. Возможность использования железобетонного фундамента здания объясняется тем, что удельное сопротивление влажного бетона примерно равно удельному сопротивлению земли (150…300 ) [Карякин].

Искусственные (специально изготовленные) заземлители используют, когда сопротивление заземления превышает установленные ПУЭ нормы. Конструктивно они представляют собой трубы, уголки, пруты, помещенные в землю вертикально на глубину 3 м или горизонтально на глубину не менее 50…70 см. Для улучшения равномерности распределения потенциала земли (для уменьшения «напряжения шага») используют несколько заземлителей, соединяя их стальной полосой. На электрических подстанциях используют сетку заземлителей. При соединении заземлителей между собой не рекомендуется образовывать замкнутый контур большой площади [Zipse], поскольку он является «антенной», в которой может циркулировать большой ток во время разрядов молнии. Лучшие результаты получаются при соединении заземлителей в форме сетки, когда площадь каждого контура сетки много меньше общей площади, охватываемой заземлителями. Различные конструкции заземляющих устройств приведены в книге [Карякин].

Несмотря на рекомендации многих авторов избегать контуров при выполнении разводки шин заземления по зданию [171], на практике, например, при использовании естественных заземлителей, избежать этого часто не удается. Железобетонные конструкции промышленных зданий содержат металлические арматурные прутья, которые соединяются между собой сваркой. Таким образом, система заземления здания представляет собой металлическую клетку, нижняя часть которой электрически соединена с грунтом. Монтажная организация обеспечивает надежный контакт между собой всех металлических конструкций здания и оформляет акты на скрытые работы. Заземляющий контакт для подключения оборудования при этом представляет собой болт заземления, приваренный к металлической закладной конструкции элемента колонны или фундамента здания [Карякин].

При монтаже систем заземления нужно избегать зазоров в контурах, на которых может наводиться э.д.с. магнитным полем молнии, чтобы исключить появление искры и возможного возгорания горючих веществ в здании.

В зданиях для размещения оборудования систем связи систему проводников заземления выполняют в виде сетки [Соколов]. Сетка выполняет одновременно функции заземления и электромагнитного экрана здания. На электростанциях в помещении с промышленной автоматикой стены и потолок экранируют стальными плитами [Liang], окна и отверстия для кондиционирования закрывают медной сеткой, пол выполняют из электропроводного пластика.

Читать статью Профилактические электроизмерения: виды и периодичность проведения

Необходимо обратить внимание на качество контактов в цепи заземления. В статье [Burleson] приводится пример, когда плохо затянутый болт в цепи заземления приводил к сбоям системы автоматики, причину которого искали несколько лет. При конструировании заземления нельзя использовать контакты разнородных металлов, чтобы не образовывались гальванические пары, являющиеся местами быстрой коррозии. Медь со сталью можно соединять только через буферные металлы: нержавеющую сталь или бронзу, без оцинкованного крепежа.

При монтаже системы автоматики в уже построенном здании система заземляющих проводников, как правило, уже смонтирована и шина защитного заземления разведена по зданию.

3.2.4. Автономное заземление

К системе защитного заземления промышленного объекта могут быть подключены силовые установки, которые поставляют большой ток помехи в провод заземления. Поэтому для точных измерений может потребоваться отдельная земля, выполненная по технологии искусственного заземления в грунт. Такое заземление соединено с общим заземлением здания только в одной точке для целей выравнивания потенциала между разными землями, что важно при ударе молнии [Durham].

Второй вариант автономной, «чистой» земли можно получить с помощью изолированного провода, который нигде не соединяется с металлическими конструкциями здания, но соединяется с основной клеммой заземления у ввода нейтрали питающего фидера в здание. Шину такого заземления делают из медной шины с поперечным сечением не менее 13 кв. мм.

3.2.5. Заземляющие проводники

Проводники, соединяющие оборудование с заземлителем, должны быть по возможности короткими, чтобы снизить их активное и индуктивное сопротивление. Для эффективного заземления на частотах более 1 МГц проводник должен быть короче 1/20 [Reducing], а лучше 1/50 [Kosc] длины волны самой высокочастотной гармоники в спектре помехи (см. также раздел «Модель «земли»). При частоте помехи 10 МГц (длина волны 30 м) и длине проводника 7,5 м (1/4 от длины волны) модуль его полного сопротивления на частоте помехи будет равен бесконечности, т.е. такой проводник можно использовать в качестве изолятора на частоте помехи, но не для заземления.

При наличии фильтров в системе автоматизации за максимальную частоту влияющей помехи можно принимать верхнюю граничную частоту фильтра.

Чтобы снизить падение напряжения на заземлителе, надо уменьшать его длину. Индуктивное сопротивление провода заземления на частоте помехи равно , где в типовых случаях равно примерно 0,8 мкГн/м (погонная индуктивность провода), — длина провода.

Если провода заземления располагаются близко один от другого, то между ними передается помеха через взаимную индуктивность. Это особенно существенно на высоких частотах.

Заземляющий проводник не должен касаться других металлических предметов, поскольку такие случайные нестабильные контакты могут быть источником дополнительных помех.

3.2.6. Модель «земли»

На основании вышеизложенного можно предложить электрическую модель системы заземления, показанную на рис. 3.71 [Денисенко , Денисенко]. 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 (рис. 3.71). 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 рис. 3.71 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 рис. 3.72. 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.

3.2.7. Виды заземлений

Одним из путей ослабления вредного влияния цепей заземления на системы автоматизации является раздельное выполнение заземлений для устройств, имеющих разную чувствительность к помехам или являющихся источниками помех разной мощности. Раздельное исполнение заземляющих проводников позволяет выполнить их соединение с защитной землей в одной точке. При этом заземляющие проводники разных систем земель представляют собой лучи звезды, центром которой является контакт к шине защитного заземления здания. Благодаря такой топологии помехи «грязной» земли не протекают по проводникам «чистой» земли. Таким образом, несмотря на то, что системы заземления разделены и имеют разные названия, в конечном счете все они соединены с Землей через систему защитного заземления. Исключение составляет только «плавающая» земля (см. ниже).

Силовое заземление

В системах автоматики могут использоваться электромагнитные реле, микромощные серводвигатели, электромагнитные клапаны и другие устройства, ток потребления которых существенно превышает ток потребления модулей ввода-вывода и контроллеров. Цепи питания таких устройств выполняют отдельной парой свитых проводов (для уменьшения излучаемых помех), один из которых соединяется с шиной защитного заземления. Общий провод системы (обычно провод, подключенный к отрицательному выводу источника питания) является силовой землей.

Аналоговая и цифровая земля

Системы промышленной автоматики являются аналого-цифровыми. Поэтому одним из источников погрешностей аналоговой части является помеха, создаваемая цифровой частью системы. Для исключения прохождения помех через цепи заземления цифровую и аналоговую землю выполняют в виде несвязанных проводников, соединенных вместе только в одной общей точке. Для этого модули ввода-вывода и промышленные контроллеры имеют отдельные выводы аналоговой земли (AGND — «Analog GrouND») и цифровой (DGND — «Digital GrouND»).

«Плавающая» земля

«Плавающая» земля образуется в случае, когда общий провод небольшой части системы электрически не соединяется с шиной защитного заземления (т.е. с Землей). Типовыми примерами таких систем являются батарейные измерительные приборы, системы автоматики автомобиля, самолета или космического корабля. «Плавающая» земля может быть получена и с помощью DC-DC или AC-DC преобразователей, если вывод вторичного источника питания в них не заземлен. Такое решение позволяет полностью исключить кондуктивные наводки через общий провод заземления. Кроме того, допустимое напряжение синфазного сигнала может достигать 300 Вольт и более; практически 100%-ным становится подавление синфазного сигнала, снижается влияние емкостных помех. Однако на высоких частотах токи через емкость на землю существенно снижают последние два достоинства.

Рис. 3.73. Пример «плавающей» земли AGND

Если «плавающая» земля получена с помощью устройств гальванической развязки на оптронах и DC-DC преобразователях, то надо принять особые меры для предотвращения накопления заряда в емкости между Землей и «плавающей» землей, которое может привести к пробою оптрона (см. раздел «Гальваническая развязка», «Статическое электричество»).

Пример образования «плавающей» земли показан на рис. 3.73. Вывод AGND модуля ввода сигналов термопар не соединен с землей. Аналоговая часть модуля имеет эквивалентную емкость на землю , которая включает в себя емкость входных цепей на землю, емкость проводников печатной платы на землю, проходную емкость DC-DC преобразователя и оптронов гальванической развязки. Величина этой емкости может составлять около 100 пФ и более. Поскольку воздух и другие диэлектрики, с которыми контактирует емкость , имеют не бесконечное электрическое сопротивление, то емкость может медленно, в течение минут или часов, зарядиться током утечки (рис. 3.73) до потенциала электризованных тел, высоковольтных источников питания или потенциала, связанного с атмосферным электричеством (см. раздел «Молния и атмосферное электричество», «Статическое электричество»). Потенциал на «плавающей» земле может превысить напряжение пробоя изоляции оптронов и вывести систему из строя.

В качестве защитных мер при использовании «плавающей» земли можно рекомендовать соединение «плавающей» части с землей через сопротивление величиной от десятков килоом до единиц мегаом. Вторым способом является применение батарейного питания одновременно с передачей информации через оптический кабель.

Читать статью Заземление и защитные меры электробезопасности

«Плавающая» земля чаще используется в технике измерений малых сигналов и реже — в промышленной автоматизации.

3.1. источники помех

3.3. проводные каналы передачи сигналов

1 Архитектура системы
2 Промышленные сети и интерфейсы
3 Защита от помех
- 3.1 Источники помех
- 3.2 Заземление
- 3.3 Проводные каналы передачи сигналов
- 3.4 Паразитные связи
- 3.5 Методы экранирования и заземления
- 3.6 Гальваническая развязка
- 3.7 Защита промышленных сетей от молнии
- 3.8 Стандарты и методы испытаний по ЭМС
- 3.9 Верификация заземления и экранирования
- 3.10 Заключение
Располагается на площади 8900 м², оснащено самым современным технологическим оборудованием, имеет научно-исследовательское и конструкторское подразделение, использующие передовые средства автоматизации проектирования.

Телефон:

Режим работы:
Адрес:

Почта:

Как правильно сделать контур заземления

Основным элементом обеспечения безопасности электроустановок является защитное заземление. Сопутствующие системы: автоматические защитные выключатели, предохранители, молниезащита — не могут функционировать при его отсутствии, и становятся бесполезными.

Что такое заземление

Это комплекс, состоящий из металлических конструкций и проводников, который обеспечивает электрический контакт корпуса электроустановки с физической землей, то есть с грунтом. Система начинается с заземлителя: металлического электрода, заземленного в грунт. Эти элементы не могут быть одиночными, для надежности они объединяются в заземляющий контур.

Как это работает

Внешний контур заземления (который находится непосредственно в грунте), соединяется с помощью надежного проводника с внутренним контуром в помещении, или с щитком заземления. Далее, с помощью внутренней сети защитных проводников, производится подключение к корпусам электроустановок, и контактам заземления на коммутационных устройствах (распределительные щитки, коробки, розетки и прочее).

Устройства, генерирующие электроэнергию, также имеют систему заземления, с которой соединяется нулевая шина. При возникновении аварийной ситуации (фаза соединилась с корпусом электроустановки), возникает электрическая цепь между фазным проводником и нулевой шиной по линии заземления. Сила тока в аварийной цепи спонтанно возрастает, срабатывает устройство защитного отключения (автоматический выключатель) или перегорает предохранительная вставка.

Результат работы исправной системы:
- не происходит возгорание силового кабеля (опасность пожара);
- предотвращается возможность поражения электротоком при касании аварийного корпуса электроустановки.
Сопротивление тела человека в десятки раз выше, чем сопротивление заземления. Поэтому сила тока (при наличии фазы на корпусе электроустановки) не достигнет опасной для жизни величины.

Из чего состоит заземление
1. Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
2. Внутренний контур заземления. Токопроводящая шина, размещенная внутри здания. Охватывает периметр каждого помещения. К этому устройству подсоединяются все электроустановки. Вместо внутреннего контура может быть установлен щиток заземления.
3. Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.
Рассмотри эти компоненты подробнее.

Внешний, или наружный контур

Монтаж контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем начать расчет, и выполнить проектный чертеж, необходимо знать параметры грунта, в котором будут установлены заземлители. Если вы сами строили дом, эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезистов, для получения заключения по грунту.

Какие бывают грунты, и как они влияют на качество заземления? Примерное удельное сопротивление каждого типа грунта. Чем оно ниже, тем лучше проводимость.
- Глина пластичная, торф = 20–30 Ωм·м
- Суглинок пластичный, зольные грунты, пепел, классическая садовая земля = 30–40 Ом·м
- Чернозем, глинистые сланцы, полутвердая глина = 50–60 Ом·м
Это лучшая среда для того, чтобы установить наружный контур заземления. Сопротивление растекания тока будет достаточно низким даже при малом содержании влаги. А в этих грунтах естественная влажность обычно выше среднего.
- Полутвердый суглинок, смесь глины и песка, влажная супесь — 100–150 Ом·м
Сопротивление немного выше, но при нормальной влажности параметры заземления не выйдут за нормативы. Если в регионе установки установится продолжительная сухая погода, необходимо принимать меры к принудительному увлажнению мест установки заземлителей.
- Глинистый гравий, супесок, влажный (постоянно) песок = 300–500 Ом·м
Гравий, скала, сухой песок – даже при высокой общей влажности, заземление в такой почве будет неэффективным. Для соблюдения нормативов, придется устанавливать глубинные заземлители.

Важно! Неверный расчет контура заземления, игнорирование параметров, часто приводят к печальным результатам: поражение электротоком, выход из строя оборудования, возгорание кабеля.

Многие владельцы объектов, экономя «на спичках», просто не понимают, для чего нужен контур заземления. Его задача при соединении фазы с землей обеспечить максимальную величину тока короткого замыкания. Только в этом случае быстро сработают устройства защитного отключения. Этого невозможно достичь, если сопротивление растекания тока будет высоким.

Определившись с грунтом, вы сможете выбрать тип, и самое главное — размер заземлителей. Предварительный расчет параметров можно выполнить по формуле:

Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.

Расшифровка величин формулы:
- R0 — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
- Рэкв — удельное сопротивление грунта, см. информацию выше.
- L — общая длина каждого электрода в контуре.
- d — диаметр электрода (если сечение круглое).
- Т — вычисленное расстояние от центра электрода до поверхности земли.
Задавая известные данные, а также меняя соотношение величин, вы должны добиться значения для одного электрода порядка 30 Ом.

Если установка вертикальных заземлителей невозможна (по причине качества грунта), можно рассчитать величину сопротивления горизонтальных заземлителей.

Важно! Монтаж горизонтального контура более трудоемок и связан с повышенным расходом материала. К тому же, такое заземление сильно зависит от сезонной погоды.

Поэтому лучше потратить больше времени на забивание вертикальных стержней, чем следить за барометром и влажностью воздуха.

И все же приводим формулу расчета горизонтальных заземлителей.

Соответственно, расшифровка дополнительных величин:
- Rв — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
- b — ширина электрода — заземлителя.
- ψ — коэффициент, зависящий от погодного сезона. Данные можно взять в таблице:
- ɳГ — так называемый коэффициент спроса горизонтально расположенных электродов. Не вдаваясь в подробности, получаем цифры из таблицы на иллюстрации:
Предварительный расчет сопротивления необходим не только для правильного планирования закупок материала: хотя будет обидно, если вам не хватит для завершения работ, пары метров электрода, а до магазина несколько десятков километров. Более-менее аккуратно оформленный план, расчеты и чертежи, пригодятся для решения бюрократических вопросов: при подписании документов о приемке объекта, или составлении ТУ с компанией энергосбыта.

Разумеется, никакой инженер не подпишет бумаги только на основании пусть и красиво исполненных чертежей. Будут произведены замеры сопротивления растекания.

Далее расскажем о том, как добиться правильных характеристик внешнего контура заземления.

Технология проведения работ

Выбираем место размещения заземлителей. Разумеется, недалеко от дома (объекта), чтобы не пришлось прокладывать длинный проводник, который придется механически защищать. Желательно, чтобы вся площадь контура находилась на территории, которую вы контролируете (являетесь собственником). Чтобы в один прекрасный момент, ваша защитная «земля» не была выкопана пьяным экскаваторщиком. Так что забивать штыри за забором не будем.

Подойдет огород (за исключением картофельной грядки), палисадник, клумба возле дома. Возделываемые участки предпочтительнее, они регулярно поливаются. А дополнительная влага в земле пойдет на пользу заземлению. Если ваш грунт обладает низким удельным сопротивлением — можно установить заземление на площадке, которая затем будет покрыта асфальтом или плиткой. Под искусственным покрытием земля не пересушивается. Да и риск повредить контур заземления минимален.

Разумеется, необходимо учитывать дальнейшие планы. Если в месте установки контура через год появится гараж со смотровой ямой — лучше сразу выбрать место поспокойнее.

В зависимости от формы площадки, выбираем порядок расположения электродов: в линию, или треугольником.

Важно! Вне зависимости от расположения, вертикальных заземлителей должно быть не менее трех.

Если выбран треугольник — размечаем площадку соответствующей формы со сторонами 2.5–3 метра. Копаем траншею в форме равностороннего треугольника на глубину 70–100 см, шириной 50–70 см. Мы знаем, что все заземлители соединяются между собой. Проводник должен быть углублен на расстояние не менее 50 см, с учетом минимального уровня грунта (например, вскопка грядки). Если сверху будет уложено покрытие — его толщина в расчет не берется. Только чистый грунт.

Можно выбрать весь грунт, не только по периметру траншеи. Получится треугольная яма глубиной 0.7–1.0 м. Готовый контур можно будет засыпать грунтом с низким удельным сопротивлением. Например, золой или пеплом. Соли проникнут в землю, и будут способствовать снижению общего сопротивления растекания тока.

После чего, по углам ямы (траншеи) начинаем забивать электроды.

Параметры заземлителей (рассматриваем вертикальное расположение)
- Сталь без гальванического покрытия:
Круг — диаметр 16 мм.

Труба — диаметр 32 мм.

Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 100 мм².
- Сталь оцинкованная
Круг — диаметр 12 мм.

Труба — диаметр 25 мм.

Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 75 мм².

Круг — диаметр 12 мм.

Труба — диаметр 20 мм.

Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 50 мм².

Важно! Категорически запрещено бурить скважины, а затем погружать в них заземлители. При таком способе монтажа сопротивление увеличивается в разы.

Грунт должен плотно облегать металлическую поверхность заземлителя. Красить электроды запрещено!

А как быть, если по расчетам длина каждого из трех электродов превышает 1.5–2 метра? Есть небольшие секреты.
1. Электроды забивают не кувалдой, а вибратором, отбойным молотком с насадкой, или перфоратором. Кувалда подойдет для высоты чуть более 1 метра. Это вариант для идеального грунта с наименьшим сопротивлением.
2. Совершенно не обязательно устанавливать трехметровую стремянку. Длинные электроды соединяются между собой по мере погружения в грунт. Если вы купили фабричный комплект — заземлители составные, можно набрать из сегментов любую длину.
3. Для кустарного изготовления также есть способ забить в землю 4 метровый уголок. Нарезаем электрод на куски по 1.5 метра. Забиваем первый сегмент. Привариваем к нему следующий — забиваем далее. И так до расчетной глубины.
Информация: часто бывает, что заземлитель упирается в монолитное препятствие (например, на глубине 2.5 метра), а расчетная глубина — 3.5 м. В этом случае электрод просто обрезается, а в контуре заземления будет добавлен еще один стержень, для компенсации потерянной длины.

Соединяем электроды проводником. Если арматура стальная — лучше всего подойдет сварка. Медные стержни соединяются болтовой стяжкой, проводник должен иметь сечение не менее 30% от сечения электродов.

После сборки контура, проводим замеры сопротивления растекания тока. Требования к контуру заземления для индивидуального жилья — 10 Ом. Измерение лучше доверить сертифицированным специалистам, у которых имеется соответствующее оборудование. Тем более, что при получении ТУ от энергетиков, вам все равно придется представить систему заземления для измерений. Если сопротивление выше нормы — добавляем электроды и привариваем их к контуру. Пока не получим норму.

Контур заземления внутри объекта

Как правило, это стальная шина, проложенная открытым способом по внутренней поверхности стен, вблизи пола.

В индивидуальных жилых домах монтаж внутреннего контура заземления не проводится. По причине невысокого класса опасности помещения, и небольшого количества электроустановок. Вместо внутреннего контура устанавливается заземляющий щиток, или главная заземляющая шина (ГХШ).

Щиток соединяется либо с внутренним контуром (как на иллюстрации), либо с помощью проводника с внешним контуром заземления. Непосредственно от щитка выполняется разводка проводников защитного заземления по электроустановкам. Часто вместо щитка заземления, может применяться контактная колодка «PE», непосредственно во входном щите квартиры.

Итог

Мы подробно рассмотрели, что такое контур заземления, для чего он нужен, и каким он должен быть согласно ПУЭ. Самостоятельная установка не снижает ответственности: от выполнения требований безопасности зависит ваша жизнь, и жизнь домочадцев.

Видео по теме
- Главная
- Электропроводка
- Заземление и защита
Контур заземления

Система подачи электроэнергии соединяется через распределительный щит с внутренней проводкой помещений. В процессе эксплуатации вполне возможно возникновение неисправностей и аварийных ситуаций, приводящих к токовым утечкам. В связи с этим в каждом доме выполняются защитные мероприятия, среди которых важную роль играет контур заземления, устанавливаемый отдельно или совместно с устройствами защитного отключения. Данные системы монтируются в соответствии с ПУЭ, защищая людей и оборудование от поражающего действия электротока.

Общие сведения о заземляющем контуре

Стандартный контур заземления представляет собой комплекс металлических конструкций, размещенных в земле, на определенных расстояниях между собой и незначительном удалении от защищаемого объекта.

Данная схема выполняет следующие функции:
- Защищают людей от поражения электротоком, а приборы и оборудование – от перепадов напряжения.
- За счет сопротивления не дают энергии бесконтрольно растекаться в окружающей среде.
- Обеспечивают защиту от последствий ударов молнии.
Если требуется сделать наружный контур заземления в этом случае большинство конструкций изготавливается из стальных труб, уголков, гладких прутков и других профильных материалов. Длина каждого элемента не превышает 3 метров. Они забиваются кувалдой в твердый грунт, засыпаются землей и утрамбовываются. Нежелательно использовать бетон, поскольку в дальнейшем ремонт таких конструкций будет невозможен.

Забитые электроды соединяются между собой тонкой стальной полосой, толщиной не менее 4 мм. Крепления осуществляются сваркой или болтовыми соединениями. Далее конструкция соединяется специальным заземляющим кабелем со всеми приборами, находящимися в доме, в первую очередь с высоким потреблением нагрузки. Для повышения качества работы системы нередко на объекте дополнительно устраивается внутренний контур заземления.

Данные для расчетов конструкции можно получить путем проведения необходимых исследований. В соответствии с типом и характером грунта определяется глубина залегания электродов, их количество и другие параметры. Выбирается наиболее подходящий материал для изготовления конструктивных элементов. Идеальными вариантами под контур заземляемого объекта считаются глинистые грунты, суглинки и черноземы.

Запрещается устанавливать заземление в каменистых или скальных грунтах, поскольку они являются проводниками тока и обладают низким сопротивлением.

Требования ПУЭ к контуру заземления

Прежде чем проектировать и на практике осуществлять устройство контура заземления, следует внимательно изучить требования ПУЭ по данному вопросу. Это позволит избежать ошибок, качественно выполнить соединения и подключения, соблюдая все нормативы и стандарты. Изучив нормативную документацию, вполне возможно самостоятельно изготовить внешний контур заземления, при наличии теоретических знаний и практических навыков.

Читайте также:
Как сделать заземление в квартире если его нет

В соответствии с ПУЭ, каждый выход из здания должен иметь повторный контур заземления. Для этих целей рекомендуется воспользоваться естественными заземлителями из числа расположенных рядом металлических и железобетонных конструкций. Большая часть их поверхности должна контактировать с грунтом. Если контур заземления дома соединяется с конструкциями, расположенными в условиях агрессивной среды, они должны быть защищены специальным покрытием.

Правилами определяются и те элементы, которые не могут служить контуром заземления. В первую очередь, это изделия из железобетона, находящиеся под напряжением, трубопроводы для транспортировки горючих веществ, трубы канализации и отопления. Если без естественных заземлителей никак не обойтись, необходимо выполнить предварительные расчеты и решить, как правильно сделать выбор той или иной конструкции, после чего выбирается наиболее оптимальная схема подключения.

При возведении новых зданий применяются искусственные заземляющие контуры, монтируемые в процессе строительства. Данный способ заземления используется чаще всего, поскольку на местах не всегда имеется возможность воспользоваться естественными факторами. Следует учитывать и сопротивление грунтов, непосредственно влияющее на работоспособность систем, в том числе и на контур заземления ТП.

Если почва постоянно влажная, то ее сопротивление всегда будет ниже допустимого уровня. Эти и другие параметры нужно брать во внимание при расчетах и разработке конструкции заземляющего контура.

Типы и конструкции заземления

В частных домах требования ПУЭ допускают использование различных типов заземлений. В конструкцию обычного контура входят вертикальные электроды и одна горизонтальная перемычка. Все элементы должны быть одного размера и с круглым сечением в разрезе. Обычно они изготавливаются из толстой арматуры, труб или стальных прутьев.

Классической фигурой является контур заземления с конфигурацией треугольник, состоящий из арматурных прутьев в количестве 3 штук, размером 2 метра и более. Чем больше расстояние между прутками, тем эффективнее будет работать система. Минимальная дистанция составляет 1,5 м.

После того как электроды забиты в грунт, они соединяются между собой. На каждую сторону устанавливается отдельная полоса, закрепляемая на одной и той же высоте. Это и есть медные или стальные горизонтальные заземлители устанавливаемые на верхнюю часть штырей.

Место для установки контура в частном доме выбирается там, куда люди заходят очень редко. Предпочтение отдается северной стороне, которая плохо освещается и способствует сохранению в почве большого количества влаги. Расстояние от контура до стены дома должно быть не менее 1 метра.

Читайте также:
Коробка уравнивания потенциалов (КУП): монтаж и особенности эксплуатации

В другом варианте заземление имеет конструкцию глубинного типа. В нем практически отсутствуют минусы, характерные для обычного способа, поскольку используется модульно-штыревая система. Весь комплект для сборки, сделанный на заводе, в техническом плане подтверждается сертификатом. Основным преимуществом данных систем является их соответствие нормативам, они отличаются повышенным сроком службы – от 30 лет и выше.

Электрический заряд стабильно растекается, независимо от погодных условий. Глубина залегания электродов достигает 30 метров, обеспечивая качество и надежность заземления, а вся собранная схема не требует постоянных проверок.

Инструменты и материалы

Для расчета материалов проводятся необходимые измерения, после чего составляется подробная схема контура с привязкой к конкретному зданию.

Затем нужно подготовить инструменты. Обязательно понадобится лопата, кувалда, набор гаечных ключей, перфоратор, болгарка с отрезными кругами, сварочный аппарат с электродами, измерительные приборы для замеров тока, напряжения и сопротивления.

Перечень материалов состоит из следующих наименований:
- Стальные уголки для электродов с полками 50х50 или 60х60 мм, длиной от 2 метров и выше. Технические требования ПУЭ допускают использование вместо них стальных труб в качестве заземлителя, диаметром не ниже 32 мм. Средняя толщина стенок составляет 3-4 мм и более.
- Материалы для горизонтальных заземлителей в количестве 3 металлических полос. Длина соответствует размеру стороны треугольника, толщина – 4-6 мм, ширина – от 4 до 6 см.
- Соединительная полоса из нержавеющей стали, соединяющая заземляющий контур с крыльцом здания. Размеры сечения составляют 40х4 или 50х5 мм.
- Медный токопровод, сечением не менее 6-7 мм 2 .
- Набор болтов М8, М10.
Технические характеристики проводников выбираются по специальным таблицам. Их размеры должны быть не меньше указанных, все отклонения допускаются только в большую сторону.

Монтажные работы

После того как было определено место установки заземляющего контура, составлен чертеж, выполнены все расчеты и подготовительные работы, можно приступать к непосредственному монтажу конструкций и решать, как сделать контур заземления в данных условиях.

Вначале нужно выкопать траншею глубиной от 70 до 100 см. В вершинах треугольника с помощью кувалды забиваются уголки, обеспечивающие первоначальное сопротивление системы. Средняя глубина забивки составляет 2-3 м. Если грунт слишком твердый и электроды в него входят плохо, необходимо использовать специальный бур, высверлить отверстия и уже в них вставить заземлители.

Читайте также:
Прокладка электропроводки в квартире: разбор схем + пошаговая инструкция

Перед монтажом концы металлических электродов рекомендуется заострить, чтобы они легче входили в грунт. Штыри не нужно забивать полностью в землю, над ее поверхностью должно оставаться примерно 30 см для крепления. Далее горизонтальные и вертикальные части свариваются между собой, и вся конструкция подключается к металлической полосе, которая, в свою очередь, соединяется с заземляющим проводником.

Затем этот заземлительный провод соединяется с шиной, установленной в распределительном щитке. В местах соединений производится обработка антикоррозийными составами.

Проверка заземляющего контура

После решения, как сделать контур заземления, следует проверить работоспособность полученной конструкции. Проверка начинается с мест соединений. С этой целью выполняется простукивание молотком сварных швов, а болтовые соединения проверяются гаечными ключами.

Для замеров сопротивления привлекаются квалифицированные специалисты, которые составляют акт по итогам проверки. В системе ТТ этот показатель должен быть низким, а в системе TN-C-S, наоборот, с более высоким значением.

Если нет возможностей для официальной проверки, она легко делается своими силами. В этом случае следует выяснить, смогут ли бытовые приборы нормально работать при токе, максимальном для установленного автоматического выключателя. С этой целью используется специальная схема, когда берется переносная розетка, от которой один провод подключается к фазе, а второй – к заземляющему контуру.

После этого в розетку включается заданная нагрузка мощностью в пределах 2 кВт. Если она работает устойчиво, а падение напряжения между фазным и заземляющим проводником не превышает 10В, значит заземление хорошее, выполняет требования ПУЭ и свои функции в полном объеме. Данная операция требует осторожности и соблюдения мер электробезопасности, особенно в местах непосредственного расположения защитного контура.

Заземление в частном доме своими руками: схемы, устройство, подключение

Заземление кабельных лотков: требования, нормы, инструкция

Коробки уравнивания потенциалов — Назначение и монтаж КУП

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Заземление в частном доме

Заземление в частном доме своими руками

Источник https://www.reallab.ru/bookasutp/3-zashita-ot-pomeh/3-2-zazemlenie/

Источник https://profazu.ru/provodka/bezopasnost-provodka/kontur-zazemleniya.html

Источник https://electric-220.ru/news/kontur_zazemlenija/2018-06-24-1528
Похожие записи: