24.11.2014

Требования к заземляющим устройствам. Устраняем «противоречия»

Виды заземления.. Защитное заземление.. Защитная функция заземления.. Рабочее (функциональное) заземление.. Меры защиты от поражения электрическим током.. Территориально сближенные заземляющие устройства.. Растекание токов.. Зона растекания.. Зона нулевого потенциала.. Система уравнивания потенциалов (СУП).. Главная заземляющая шина (ГЗШ).. Приоритет защитного заземления.. Разность потенциалов между системами заземления.. Шаговое напряжение.. Соединение заземлителей на ГЗШ.. Заземляющие  устройства молниезащиты.. Отдельно стоящий молниеотвод.. Инструкция по устройству молниезащиты СО 153-34.21.122-2003.

Глава 1.7. ПУЭ 7 издания «Заземление и защитные меры электробезопасности» часто представляет определенные трудности понимания для начинающих проектировщиков. Затруднения связаны с тем, что требования главы 1.7 имеют общий характер и обязательны для электроустановок любого назначения и напряжения.  Дополнительные требования к заземлению и защитным мерам электробезопасности, учитывающие особенности конкретных видов электроустановок, разбросаны по другим разделам ПУЭ, а также содержатся в ведомственных нормативных документах и инструкциях.

Это приводит к путанице в толковании требований ПУЭ, касающихся защитных мер электробезопасности и порождает много вопросов, в частности, по устройству территориально сближенных заземлений разных назначений.

Виды заземления

Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — защитное и рабочее (функциональное). Также в различных источниках могут употребляться другие интерпретации функционального заземления, такие как: «инструментальное», «измерительное», «информационное», «схемное» и т. п.

Защитное заземление – это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29). Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в аварийном режиме) и при разрядах молний.
Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных
цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования.

Рабочее (функциональное) заземление (ПУЭ 1.7.30)  – это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для
обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).
Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или
оборудования, т.е. для их работы в обычном режиме.

Защитное заземление

Защитное действие заземления основано на двух принципах:
1.
Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим объектом и другими
проводящими объектами, имеющими естественное заземление.
2. Отвод тока утечки в случае неисправности электрооборудования.

Типичный случай неисправности электрооборудования — попадание фазного напряжения на металлический корпус
оборудования вследствие нарушения изоляции. Одной из основных мер защиты от поражения электрическим током (ПУЭ 1.7.51.) является защитное заземление в сочетании с уравниванием потенциалов и защитным отключением питания.

ПУЭ п. 1.7.51. Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры       защиты при косвенном прикосновении:
· защитное заземление;
· автоматическое отключение питания;
· уравнивание потенциалов;
· выравнивание потенциалов;
· двойная или усиленная изоляция;
· сверхнизкое (малое) напряжение;
· защитное электрическое разделение цепей;
· изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО).

Эффективность защитных мер

Поскольку опасность поражения электрическим током определяется сочетанием значения напряжения прикосновения и продолжительности его воздействия на человека, меры защиты от поражения электрическим током должны обеспечить понижение до безопасных значений напряжения прикосновения, возникающего между доступными прикосновению открытыми проводящими частями и сторонними проводящими частями при повреждении изоляции в электроустановке.
В зависимости от сочетания применяемых мер защиты возможны следующие варианты:


1. Оборудование не заземлено,  УЗО отсутствует. Никакие меры защиты не применяются.  В этом случае нарушение изоляции не будет обнаружено, а корпус оборудования  будет находиться под фазным потенциалом.
Прикосновение к такому неисправному оборудованию может быть смертельно опасным!
Нужно помнить, что современные электроприборы, имеющие импульсный источник вторичного электропитания и снабженные трехполюсной вилкой могут иметь опасный потенциал на корпусе даже когда они полностью исправны.
Такие приборы в обязательном порядке должны подключаться к розеткам с заземляющими контактами.

2. Корпус электрооборудования заземлен, УЗО отсутствует. Если при нарушении изоляции ток утечки по цепи фаза-корпус-
заземлитель превышает порог срабатывания автоматического выключателя, защищающего эту цепь, то автомат сработает и отключит неисправный участок сети. Но если ток утечки недостаточен для срабатывания защиты, то на заземлителе может возникнуть наибольшее действующее напряжение: Umax = Rз•Iн, где − сопротивление заземлителя, – ток срабатывания автоматического выключателя, защищающего эту цепь.
При повышенном сопротивлении заземлителя и большом номинальном токе автомата потенциал на корпусе оборудования может достигать значительной величины.
Получается, что одно лишь заземление оборудования (при отсутствии УЗО) не является достаточным для  обеспечения безопасности персонала. При отсутствии УЗО заземление должно выполняться в сочетании с системой уравнивания потенциалов (СУП), то есть электрического соединения PE проводников и всех доступных для прикосновения металлических частей здания (в первую очередь водопроводы и трубопроводы).
В этом случае, даже если заземлитель окажется под напряжением, то под одинаковым напряжением оказываются все
металлические и доступные для прикосновения предметы, что существенно снижает риск поражения током.

3. УЗО в электрической цепи установлено,  корпус прибора не заземлен. При нарушении изоляции корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом до тех пор, пока не замкнута цепь для прохождения тока утечки. При касании неисправного оборудования и предмета, имеющего естественное заземление, ток утечки пойдет через тело человека, но УЗО сразу же отключит участок сети с неисправностью. При этом воздействие тока утечки на человека ограничивается временем срабатывания УЗО (0,02÷0,3 сек) и не приводит, как правило, к серьезным последствиям.
УЗО, применяемые для защиты людей от поражения электрическим током, во всех случаях должны иметь номинальный дифференциальный ток срабатывания не более 30 мА.

4. Корпус электрооборудования заземлен, УЗО в электрической цепи присутствует – самый безопасный вариант. При нарушении изоляции и попадании фазного напряжения на заземленный корпус оборудования появляется ток утечки на землю. УЗО немедленно обнаруживает этот ток, даже если он весьма незначителен (10 или 30 мА) и отключает неисправный участок сети.

Защитное заземление служит исключительно для защиты людей от поражения электрическим током. Его можно не применять только для оборудования с напряжением питания до 42 В переменного или 110 В постоянного тока, за исключением взрывоопасных зон. Во взрывоопасных помещениях и устройствах защитному заземлению подлежат электрооборудование при всех применяемых напряжениях.

Наиболее эффективно заземление в комплексе с использованием системы уравнивания потенциалов и устройств защитного отключения. В этом случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземленных предметах не превысит опасных величин, а неисправный участок сети будет автоматически отключен в течение очень короткого промежутка времени.

Территориально сближенные заземляющие устройства

Наличие защитного заземления часто приводит к увеличению уровня помех в системах автоматического управления, однако защитное заземление является необходимым, а защитная и сигнальная земля должны выполняться в соответствии с ПУЭ (п. 1.7.55).

ПУЭ п.1.7.55. Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство.
Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т. д. в течение всего периода эксплуатации.
В первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению.
Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими.
При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для рабочего заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции.
Для объединения заземляющих устройств разных электроустановок в одно общее заземляющее устройство могут быть использованы естественные и искусственные заземляющие проводники. Их число должно быть не менее двух.

Здесь ключевым является понятие «территориально сближенных» электроустановок и их заземляющих устройств.

Если мы рассмотрим заземлитель, на который замыкаются токи утечки, то растекание токов идет в радиальном направлении от заземлителя.
Пространство вокруг заземлителя, где обнаруживается ток растекания, называется зоной растекания.

Внутри зоны растекания тока (пространство вокруг заземлителя с радиусом 20 м) между двумя любыми точками на поверхности земли всегда имеется разность потенциалов.
За пределами этой зоны электрический потенциал, обусловленный токами растекания в слоях земли уже практически не обнаруживается и может быть условно принят равным нулю.

К территориально сближенным относятся заземляющие устройства, которые расположены на таком расстоянии друг от друга, что между ними отсутствует зона нулевого потенциала, т. е. на расстоянии < 20 м.

При наличии между заземляющими устройствами зоны нулевого потенциала такие заземляющие устройства считаются «независимыми». Расстояние между двумя этими заземлителями должно быть  ≥ 20 м.

«Как правило» - не всегда является правилом

Смысл требования п. 1.7.55 ПУЭ в том, что в территориально сближенных электроустановках разных назначений, защитное и функциональное заземление в здании (сооружении), а также заземление системы молниезащиты этого здания (сооружения) следует, как правило, осуществлять с помощью одного общего заземляющего устройства, – если это не запрещается требованиями изготовителя (разработчика) оборудования, подлежащего функциональному заземлению, или  требованиями нормативных документов, относящихся к выполнению молниезащиты.

Если изготовитель (разработчик), например, информационного оборудования предусматривает устройство отдельного контура функционального заземления, без которого это оборудование не работает, то проектировщиком «должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие дновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции».

Это означает, что заземлители защитного и функционального заземления должны быть соединены между собой на шине системы уравнивания потенциалов (СУП) с целью защиты персонала, поскольку эти два вопроса нельзя рассматривать изолированно один от другого, не нарушая стандартов безопасности труда.

Особенности проектирования функционального заземления заслуживают отдельного рассмотрения. Пока зафиксируем, что при устройстве отдельного функционального заземления «в первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению». 

ГОСТ Р 50571-4-44- 2011 (МЭК 60364-4-44) также содержит требование о том, что все заземлители, относящиеся к зданию, т.е. территориально сближенные заземлители защитного заземления, функционального заземления и молниезащиты, должны быть, как правило, соединены между собой.
Соединение должно быть выполнено в одной точке. Такой точкой должна быть главная заземляющая шина (ГЗШ) или шина системы уравнивания потенциалов (СУП).

Расставляем приоритеты

При проектировании заземляющих устройств, проектировщики должны руководствоваться требованиями ПУЭ, а также другими нормативными документами и инструкциями, относящимися к устройству защитного, функционального заземления и заземления молниезащиты. Судя по дискуссиям в интернете, есть недопонимание приоритетов, люди ссылаются на якобы противоречивые требования к устройству заземлений в разных нормативных документах.

На самом деле никаких противоречий нет. ПУЭ, п. 1.7.55 расставляет приоритеты: «Заземляющее устройство, используемое для заземления электроустановок одного или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих электроустановок…», но «В  первую очередь должны быть соблюдены требования, предъявляемые к защитному заземлению».
Другими словами  – на первом месте должна быть защита жизни и здоровья людей.

Всегда существует возможность возникновения разности потенциалов между раздельными системами заземления, если эти системы заземления являются территориально сближенными, т. е. находятся в пределах зоны ненулевого потенциала. Опасная разность потенциалов может возникнуть, например, при коротком замыкании на корпус электрооборудования в сети TN-S (до срабатывания системы защиты), при срабатывании молниезащиты (шаговое напряжение), при воздействии внешних электромагнитных полей и др.
Этим и объясняется требование к объединению территориально сближенных заземлителей разных назначений в одно общее заземляющее устройство. При соединении заземлителей на ГЗШ или шине СУП, потенциалы различных заземляющих устройств уравниваются, и жизни людей уже ничто не угрожает.

О заземляющих  устройствах молниезащиты

В том же п. 1.7.55 ПУЭ также читаем: «Заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категорий этих зданий и сооружений, как правило, должны быть общими». На этот пункт проектировщики часто ссылаются для обоснования своей позиции, не учитывая, что требования главы 1.7 имеют общий характер.

В первую очередь это требование означает, что защитное заземление объекта из одного или нескольких территориально сближенных зданий и сооружений, должно быть общим для этих зданий. То же самое и по молниезащите. Общая система молниезащиты на весь объект.

Что касается совмещения заземляющих устройств (защитного и молниезащиты) – они могут быть общими, могут быть раздельными – это зависит от типа молниеприемника, от расположения его на объекте и т. д. Это выясняется после расчетов молниезащиты с учетом требований инструкций по устройству молниезащиты  (РД 34.21.122-87, СО 153-34.21.122-2003).
 
РД 34. п. 2.11. Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений II категории с неметаллической кровлей должна быть выполнена отдельно стоящими или
установленными на защищаемом объекте стержневыми или тросовыми
молниеотводами.
п. 2.14. При установке отдельно стоящих молниеотводов расстояние от них по воздуху и в земле до защищаемого объекта и вводимых в него подземных коммуникаций не нормируется.
СО 153 п. 3.2.3.1.  Во всех случаях, за исключением использования отдельно стоящего молниеотвода, заземлитель молниезащиты следует совместить с заземлителями электроустановок и средств связи. Если эти заземлители должны быть разделены по каким-либо технологическим соображениям, их следует объединить в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов.

СО 153 выделяет отдельно стоящий молниеотвод со своим заземляющим устройством. В остальных случаях, если вы применяете, например, стержневой или тросовый молниеотвод, установленный на защищаемом объекте, молниеприемную сетку на кровле или саму кровлю в качестве молниеприемника, заземлитель молниезащиты должен быть совмещен с заземлителями электроустановок. Если в качестве заземлителя используется фундамент здания, то присоединение к фундаменту токоотвода и проводника, присоединяющего систему молниезащиты к ГЗШ, должно обязательно выполняться на разных болтах или разных закладных частях.

Если эти заземлители должны быть раздельными по технологическим причинам, они также должны быть объединены в общую систему с помощью системы уравнивания потенциалов. При этом присоединение заземлителя молниезащиты к основной системе уравнивания потенциалов должно выполняться заземляющими проводниками непосредственно от заземлителя молниезащиты.

Если используется отдельно стоящий молниеотвод, то согласно СО 153 он должен иметь отдельное заземляющее устройство.
ПУЭ (1.7.55) этому не противоречит, а только требует обеспечить приоритет защитного заземления для защиты жизни и здоровья людей.
Поэтому после расчетов зон молниезащиты нужно проверять, на каком расстоянии окажутся заземлители разных назначений друг от друга.
Если между ними в земле есть зона нулевого потенциала, то заземлитель молниезащиты может быть независимым.
Если заземляющие устройства окажутся территориально сближенными (отсутствует зона нулевого потенциала), то существует возможность возникновения разности потенциалов между ними, угрожающих жизни и здоровью людей.
В этом случае расстояние между заземлителями должно быть увеличено (≥ 20м). Если это невозможно сделать, то должны быть приняты меры по уравниванию потенциалов заземлителей на шине СУП или ГЗШ.

Похожие статьи: О защитном заземлении

Если статья Вам понравилась и Вы цените вложенные в этот проект усилияу Вас есть возможность внести посильный вклад в развитие сайта на странице «Поддержка проекта».

Внимание! 
Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и процессы, в них происходящие.


Комментариев нет:

Отправка комментария