Рабочее заземление: определение, устройство и назначение

Назначение функционального заземления

Для того чтобы понять, что называется рабочим заземлением, следует знать его основное назначение – устранение опасности удара током в случае соприкосновения человека к корпусу электроустановки или к её токоведущим частям, которые в данный момент находятся под напряжением.

Такая защита применяется в сетях с трёхфазной системой распределения тока. Изолированная нейтраль необходима для электросети, где напряжение не превышает 1 кВ. В сетях с напряжением свыше 1 кВ защитное заземление допускается делать с любым режимом нейтрали.

Как работает защитное (функциональное) заземление

Принцип действия функционального заземления заключается в снижении напряжения между корпусом, который в результате непредвиденной аварии оказался под током, и землёй до безопасной для человека величины.

Если корпус электроустановки, оказавшийся под током, не оснащён функциональным заземлением, то прикосновение человека к нему равносильно контакта с фазным проводом.

Если учесть, что сопротивление обуви человека, который дотронулся до электроустановки, и пола, на котором он стоит, ничтожно мала относительно земли, то ток может достигнуть опасной величины.

При правильной работы функционального заземления ток, проходящий через человека, будет безопасным. Напряжение во время прикосновения также будет незначительным. Основная часть электроэнергии будет уходить через заземляющий проводник в землю.

Различия между видами заземлений

Между рабочим и защитным заземлением имеются существенные различия. Главное из них заключается в предназначении. В то время как рабочее обеспечивает нормальное функционирование электрического оборудования, защитным заземлением называется защита от поражения электротоком. Кроме того, оно способствует защите оборудования от выхода из строя в случае, если корпус будет случайно пробит. Если здание имеет молниеотвод, то защитное сопротивление будет препятствовать возможной перегрузке во время грозы.

Рабочее заземление электрических установок при ЧП будет защищать сами приборы и человека, но главное его предназначение — обеспечивать правильную работу оборудования.

Рабочее заземление используется лишь на промышленных предприятиях, а в жилых зданиях монтируется заземляющий проводник, подведенный к розетке. Но все же есть электроприборы, таящие в себе возможную опасность, поэтому не будет лишним и их заземление с применением глухозаземленной нейтрали.

Различия между рабочим и защитным заземлениями

Рабочее и защитное заземление отличается друг от друга прежде всего назначением. Если первое необходимо для обеспечения правильной и бесперебойной работы электрооборудования, то второе служит для защиты людей от поражения электрическим током. Также оно защищает и оборудование от поломок в случае пробоя какого-нибудь электрического прибора на корпус. Если здание оборудовано громоотводом, такой тип заземления защитит приборы от перегрузки в случае удара молнии.

Рабочее заземление электроустановок, в случае возникновения чрезвычайной ситуации, сыграет роль защитного, но основная её функция — обеспечение правильной бесперебойной работы электрооборудования.

В неизменном виде функциональное заземление применяют только на промышленных объектах. В жилых домах используется заземляющий проводник, который подводится к розетке. Однако есть бытовые приборы в доме, которые таят в себе потенциальную опасность для потребителя, поэтому не будет лишним заземлить их, используя глухозаземлённую нейтраль.

Домашние приборы, которые требуется подключить к рабочему заземлению:

1. Микроволновка.
2. Духовка и плита, которые работают за счёт электричества.
3. Стиральная машина.
4. Системный блок персонального компьютера.

Защитное заземление

Основное назначение защитного заземления (ЗЗ) состоит в том, чтобы защитить обслуживающий персонал от поражения электрическим током в аварийной ситуации. В случае, когда на металлической нетоковедущей поверхности электроустановок внезапно появляется опасное напряжение.

Это может произойти в результате пробоя изоляции или обрыва провода и его касании корпуса. В результате человек подвержен опасному напряжению.

На рисунке снизу показана схема защитного заземления. Из него понятно устройство и принцип работы ЗЗ.

ПУЭ дает определение:

Защитное заземление (ЗЗ) – это преднамеренное соединение металлических частей корпуса оборудования с землей, заземлителем или его аналогом. Основная задача состоит в том, чтобы обезопасить обслуживающий персонал от травм, вызванных поражением электрическим током.

Для расчетов необходимо знать, сколько Ом должно иметь защитное устройство (ЗУ). Его значение в основе расчета не должно превышать 4 Ом.

ЗЗ используется в следующих случаях:

• В трехфазных сетях с изолированной нейтралью переменного напряжения до 1 кВ.
• В однофазных сетях переменного тока.
• В сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока.
• В сетях переменного и постоянного тока с любым режимом обмоток источника при напряжении выше 1 кВ.

Устройство

С помощью заземлителей производят непосредственное соединение с землей или ее аналогом. Для этого применяются естественные и искусственные заземлители:

• В этих целях используют искусственные заземлители. Они представляют собой металлические штыри, забитые в землю. Окрашенные штыри запрещается применять, для защиты от коррозии применяют оцинкованный металл. В некоторых случаях забивают медные штыри или закапывают медную пластину. Допускается использовать токопроводящий бетон.
• В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать электропроводящие части, имеющие непосредственное соприкосновение с землей. Часто для этих целей на дачах применяют водопроводные трубы. К заземлителям относятся – металлические части зданий и сооружений, рельсовые пути, свинцовые оболочки кабелей и т.п. При этом категорически запрещено применять в качестве заземлителей газопроводы, нефтепроводы и другие трубопроводы по которым транспортируются горючие смеси и газы.

На рисунке снизу показан вариант защитного заземления в частном доме.

Вариант защитного заземления в частном доме

Кроме этого, применяется защитное зануление. Его широко применяют для обеспечения электробезопасности в жилых и общественных зданиях.

Защитное зануление – это специальное электрическое соединение открытых проводящих частей не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора, в трехфазных сетях, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника постоянного тока, создаваемого с целью электробезопасности людей.

На рисунке снизу показана схема подключения защитного зануления при наличии и без заземления для однофазной сети, применяемой в жилых домах для подключения бытовых приборов.

На рисунке снизу показана схема зануления оборудования в цехах на производстве.

Конструкция заземления

Рабочее заземление представляет собой вбитые в землю железные штыри, играющие роль проводников, на глубину около 2-3 метров.

Такие металлические прутья соединяют заземлительные клеммы электрооборудования с шиной заземления, тем самым образуя металлосвязь.

Металлосвязь есть в каждом жилом доме. Это сварная железная конструкция, которая соединяет друг с другом верхние концы заземлителей. Её заводят к вводному щитку дома для дальнейшей разводки по квартирам.

В качестве заземляющего проводника используют шину или провод с сечением не менее 4 кв. мм, окрашенные в жёлтые и зелёные полосы. Кабель в основном используют для переноса функционального заземления от шины к шине.

В целях безопасности проводится периодическая проверка электронного сопротивления металлической связи заземления. Оно измеряется от клеммы заземления электроустановки до наиболее удалённого от неё наземного контура заземления. Показатель сопротивления в любой части рабочего заземления не должен превышать 0,1 Ом.

Особенности конструкции

Рабочее заземление — это установленные в грунте металлические прутья. Они играют роль проводников электротока и способны отводить электричество вглубь на несколько метров. Такие железные штыри являются соединительными элементами между шиной заземления и клеммами электрического оборудования. В результате образуется металлическая связь.

Такая связь имеется в каждом жилом здании. С ее помощью соединяются верхушки заземлителей. Она заводится к вводному щитку и затем разводится по всем квартирам. Роль заземляющего проводника в этой конструкции играет шина или провод, площадь сечения которого — минимум 4 кв. мм.

Для чего делают несколько заземлителей

Электроустановку нельзя оснащать только одним заземлителем, поскольку почва является нелинейным проводником. Сопротивление земли находится в сильной зависимости от напряжения и площади контакта с воткнутыми штырями рабочего заземления. У одного заземлителя площадь контакта с почвой будет недостаточной, чтобы обеспечить бесперебойную работу электроустановки. Если установить 2 заземлителя на расстоянии в несколько метров друг от друга, то появляется достаточная площадь контакта с землёй. Однако следует помнить, что разносить слишком далеко металлические части заземления нельзя, поскольку связь между ними прервётся. В итоге останется только два отдельно установленных в почву заземлителя, никак не связанных друг с другом. Оптимальное расстояние между двумя контурами заземления составляет 1-2 метра.

Как нельзя осуществлять заземление

Согласно параграфу 1.7.110 ПУЭ, запрещается использовать в качестве рабочего заземления любые виды трубопроводов. Кроме того, запрещено выводить заземляющий кабель наружу и подключать его к неподготовленной контактной площадке на шине. Такой запрет объясняется тем, что каждый металл имеет свой индивидуальный потенциал. При воздействии внешних факторов образуется гальванический пар, который способствует процессу электроэрозии. Коррозия может распространиться под оболочку заземляющего провода, что повышает опасность его оплавления во время подачи больших токов на контур заземления в случае аварии. Специальная защитная смазка предотвращает разрушение металла, но действует она лишь в сухом помещении.

Также ПУЭ запрещает осуществлять поочерёдное заземление электроустановок друг с другом, подключать более одного кабеля на одну площадку заземляющей шины. Если пренебречь такими правилами, то в случае аварии на одной установке она будет создавать помехи в работе соседа. Такое явление называется электрической несопоставимостью. При неправильном подключении рабочего заземления работы по устранению недостатков опасны для жизни.

Рабочее заземление

Предназначено для обеспечения нормальной работы оборудования во всех режимах работы. Это относится и к аварийным ситуациям.

Рабочее или функциональное заземление – это заземление точки или точек токоведущих частей оборудования, предназначенное для обеспечения работоспособности электрооборудования, не в целях электробезопасности.

На рисунке снизу показана схема из учебника рабочего заземления для различных сетей.

Функциональным назначением данной опции является поддержание работоспособности оборудования и защитных аппаратов в штатном и аварийном режимах. Зачастую она используется для срабатывания специальных устройств.

Это могут быть плавкие предохранители, резисторы и т.п. Основным назначениям функции является препятствие сбоям, их локализации и препятствие их распространению.

Правила техники безопасности запрещают совмещать защитное и рабочее заземление. Что связано с тем, что электрические атмосферные помехи, например, от грозозащиты зданий и сооружений, могут совместиться с токами сети.

Это может привести к сбоям оборудования, например, компьютеров, сложной электронной техники и т.п. А так же к выходу оборудования из строя.

Кроме этого, такое совмещение сделает защиту от напряжения не эффективной. А в аварийной ситуации она вообще перестанет функционировать.

В качестве заземлителей применяют металлические стержни. Их должно быть не менее двух, и расстояние между ними составляет 1 м.

При этом необходимо соблюдать следующие правила, определяемые по ПУЭ:

1. В качестве рабочего заземления запрещается использовать трубопроводы в любой ситуации.
2. Запрещается выводить кабель наружу и подключать к шине в месте неподготовленном для этого. Так как плохой контакт не обеспечит надежной защиты, а в процессе эксплуатации он ухудшится из-за коррозии металла.
3. Последовательное подключение оборудование к шине заземления категорически запрещается.
4. Запрещено к одной контактной площадке на шине заземления подсоединять несколько кабелей от оборудования.

На вышеприведенном рисунке показан пример металлосвязи с электрооборудованием.

Требования к заземляющим конструкциям

Чтобы разобраться в том, что называется рабочим заземлением, а также какие требования предъявляются к таким конструкциям, следует знать, что для защиты людей от удара электрическим током, напряжение которого не превышает 1000 В, необходимо заземлять абсолютно все металлические части электрооборудования. Немаловажно, чтобы все конструкции, построенные в целях заземления, отвечали всем нормам безопасности, предъявляемым для обеспечения нормальной работоспособности сетей и дополнительных предохранителей от возможной перегрузки.