Заземление здания. Заземление зданий: основные принципы, расчет и монтаж системы заземления

Что такое заземление здания и для чего оно нужно. Как правильно рассчитать и смонтировать систему заземления. Каковы особенности заземления частных домов и промышленных объектов. Какие требования предъявляются к заземлению.

Что такое заземление здания и зачем оно нужно

Заземление здания — это система электрического соединения металлических частей здания и электрооборудования с землей. Основная цель заземления — обеспечение электробезопасности людей и защита оборудования.

Зачем нужно заземление:

• Защита от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим частям оборудования
• Отвод в землю токов молнии и статического электричества
• Стабилизация напряжения в электросети
• Обеспечение нормальной работы электрооборудования
• Снижение риска возникновения пожара от электропроводки

Таким образом, правильно выполненное заземление — это основа электробезопасности здания и гарантия сохранности дорогостоящего оборудования.

Основные элементы системы заземления

Система заземления здания включает следующие основные элементы:

• Заземлители — металлические стержни или пластины, погруженные в грунт
• Заземляющие проводники — соединяют заземлители с главной заземляющей шиной
• Главная заземляющая шина — центральный элемент системы заземления
• Защитные проводники — соединяют оборудование с главной заземляющей шиной
• Уравнивающие проводники — соединяют между собой металлические части здания

Все элементы системы заземления должны быть надежно соединены между собой для обеспечения низкого сопротивления заземляющего устройства.

Требования к системе заземления здания

Основные требования к системе заземления здания:

• Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать нормативных значений (как правило, 4 Ом для жилых зданий)
• Заземлители должны быть погружены во влажные слои грунта
• Заземляющие проводники должны иметь достаточное сечение для пропускания токов короткого замыкания
• Все соединения должны быть выполнены сваркой или болтовыми соединениями
• Система заземления должна быть доступна для осмотра и обслуживания

Соблюдение этих требований обеспечивает эффективность и надежность работы заземляющего устройства в течение длительного времени.

Расчет системы заземления здания

Расчет системы заземления включает следующие основные этапы:

1. Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства
2. Выбор типа и количества заземлителей
3. Расчет сопротивления одиночного заземлителя
4. Расчет общего сопротивления группы заземлителей
5. Выбор сечения заземляющих проводников

Рассмотрим пример расчета заземления для частного дома:

Исходные данные: — Требуемое сопротивление: 4 Ом — Грунт — чернозем (ρ = 100 Ом·м) — Заземлители — стальные трубы длиной 3 м, диаметром 50 мм

Расчет сопротивления одиночного заземлителя:

R = 0.366 * ρ/L * (lg(2L/d) + 1/2 * lg(4t+L)/(4t-L))

где: ρ — удельное сопротивление грунта L — длина заземлителя d — диаметр заземлителя t — глубина заложения

R = 0.366 * 100/3 * (lg(2*3/0.05) + 1/2 * lg(4*0.8+3)/(4*0.8-3)) = 33 Ом

Необходимое количество заземлителей:

n = R / Rтр = 33 / 4 = 8.25

Принимаем 9 заземлителей, соединенных полосой 40х4 мм.

Монтаж системы заземления здания

Основные этапы монтажа системы заземления:

1. Разметка мест установки заземлителей
2. Бурение скважин под заземлители
3. Погружение заземлителей в грунт
4. Соединение заземлителей горизонтальной полосой
5. Прокладка заземляющих проводников
6. Монтаж главной заземляющей шины
7. Подключение защитных проводников оборудования
8. Проверка сопротивления заземляющего устройства

При монтаже важно обеспечить надежный контакт между элементами системы заземления. Все соединения должны выполняться сваркой или болтовыми зажимами.

Особенности заземления частных домов

При устройстве заземления в частном доме необходимо учитывать следующие моменты:

• Заземлители лучше располагать по периметру дома на расстоянии не менее 1 м от фундамента
• Глубина заложения заземлителей должна быть ниже глубины промерзания грунта
• В качестве заземлителей можно использовать обсадные трубы скважин
• Заземляющие проводники прокладываются отдельно от силовых кабелей
• К системе заземления подключаются все металлические конструкции дома

Правильно выполненное заземление обеспечит безопасность проживания в доме и защитит бытовую технику от скачков напряжения.

Заземление промышленных объектов

Заземление на производстве имеет ряд особенностей:

• Более жесткие требования к сопротивлению заземления (как правило, не более 0,5 Ом)
• Необходимость заземления большого количества электрооборудования
• Использование естественных заземлителей (металлоконструкции, трубопроводы)
• Устройство сложных контуров заземления с учетом расположения оборудования
• Применение специальных схем заземления (TN-S, TN-C-S и др.)

Проектирование системы заземления промышленного объекта требует учета множества факторов и должно выполняться квалифицированными специалистами.

Проверка и обслуживание системы заземления

Для обеспечения надежной работы системы заземления необходимо проводить ее регулярные проверки:

• Измерение сопротивления заземляющего устройства — не реже 1 раза в год
• Осмотр видимых частей заземлителей — не реже 1 раза в 6 месяцев
• Проверка целостности заземляющих проводников — не реже 1 раза в год
• Протяжка болтовых соединений — не реже 1 раза в год

При обнаружении повреждений или увеличении сопротивления заземления необходимо немедленно принять меры по устранению неисправностей.

Правильный расчет, монтаж и обслуживание системы заземления здания — залог электробезопасности и надежной работы электрооборудования. При возникновении вопросов всегда следует обращаться к квалифицированным специалистам.

Заземление зданий, контур заземления здания, проект заземления

Цвет провода заземления — желтый с салатовой полосой. Каждый, кто самостоятельно монтировал хоть раз проводку, задавался вопросом: «А зачем, собственно, он нужен?». Так ли важно усложнять конструкцию и нести лишние расходы? С какой целью делается заземление зданий? А если оно, заземление, действительно необходимо, то как смонтировать эту систему правильно, чтобы она выполняла свои функции?

Содержание

1. Для чего нужно заземление зданий
2. Принцип действия системы заземления
3. Заземление зданий. Требования
4. Расчет системы заземления
5. Пример расчета
6. Советы
7. Заземление зданий промышленных объектов
8. Как заказать услугу?

Для чего нужно заземление зданий

Наши далекие предки сталкивались только с проявлениями атмосферного электричества. Но уже тогда люди знали, насколько опасными могут быть разряды молнии и называли их «гневом богов». Раскопки археологов показали, что уже в те далекие времена люди понимали некоторые принципы действия атмосферного электричества и пытались создавать примитивные системы защиты.  Эти находки представляли собой длинные медные прутья, возвышающиеся над зданиями, противоположным концом погруженные в грунт.

Однако с развитием человеческого общества, технологий, электричество прочно вошло в наш быт. И тут же остро встал вопрос о защите человека от поражающих факторов электрического тока, но на этот раз не атмосферного, а «домашнего», сгенерированного машинами, построенными самим же человеком. Решение оказалось лежащим на поверхности.

Действительно, заземление зданий — практически точная копия конструкции громоотвода. Из опасной зоны ток отводится в землю с помощью фидера — металлического стержня, проволоки, кабеля.

С помощью заземления защищают электрические агрегаты, домашние сети, бытовую и промышленную технику. В случаях, когда на объектах электроснабжения случается пожар, насосы пожарных автомобилей и даже ручные стволы (брандспойты), которыми пожарные бойцы тушат пожар, должны быть заземлены с помощью специальных устройств.

Принцип действия системы заземления

Принцип действия системы заземления чрезвычайно прост. В чем состоит поражающая (разрушающая) сила электрического тока? Все начинается с того, что в одном месте при создании особых условий, накапливается очень большое количество отрицательно заряженных частиц — электронов. Но так как все в природе стремится к равновесию, то этот избыток частиц устремляется туда, где их недостаточно. Звучит не очень пугающе, но когда поток электронов мчится к земле от наэлектризованных облаков, они, эти крошечные частицы, умудряются нагревать слои атмосферы до миллиона градусов по Цельсию.

Изобретатели научились пускать этот поток в мирное русло — по электрическим проводам. Проходя через проволоку, электроны заставляют её нагреваться и иногда от перегрева она, проволока, начинает ярко светиться. Поток электронов создает и электромагнитное поле, приводящее в движение роторы мощных моторов.

Но машины иногда выходят из строя и поток электронов, прокладывают свой путь через любой предмет, проводящий электрический ток, иногда подобным проводником становится и тело человека. Таким образом, заземление зданий предназначено для предоставления заряженным частицам, электронам, образно говоря, альтернативного пути — более удобной, с меньшим сопротивлением, дороги к выходу. В результате, большая часть электронов проходит по защитному контуру заземления и уменьшает силу тока, направленного на человеческое тело.

Установка и правильный расчет заземления, молниезащиты — необходимое условие безопасности проживающих в доме.

Заземление зданий. Требования

Если расчет заземления частного дома, как и решение о необходимости его монтажа, полностью лежит на совести владельца, то о производственных зданиях и помещениях, многоквартирных жилых домах этого не скажешь. Так, согласно существующим правилам устройства электроустановок, наличие и характеристики системы заземления зависят не только от напряжения, под которым работают машины, но также и от микроклимата внутри конкретных помещений здания.

Расчет заземления электрооборудования производится на стадии проектирования. Согласно ГОСТ 12.1.030-81, в помещениях, где пользуются переменным током с напряжением 380 В и выше или постоянным более 440 В, устройство заземления или зануления обязательно во всех случаях. При напряжении от 42 В до 380 В переменного тока или от 110 В до 440 В постоянного тока заземление устраивается в случае, если работа в помещении сопряжена с условиями повышенной опасности или особо опасными по ГОСТ 12.1.013-78.

Обязательному заземлению подлежат и электроустановки, расположенные под открытым небом.

Машины, работающие от электрической сети с напряжением, менее указанных величин, должны быть заземлены только в помещениях с большой влажностью или на производствах, где есть опасность образования газовоздушных или газопылевых взрывоопасных смесей.

Расчет системы заземления

Методика сводится к расчету количества стержней, необходимых для достижения заданных параметров заземления. Для того чтобы сделать подобный расчет, необходимо знать сопротивление одного стержня.

Это сопротивление можно измерить или рассчитать.

Замер производится методом, показанным на рисунке ниже.

Сопротивление стержня определяют по формуле R = U / I, где:

• U — напряжение, измеренное вольтметром, В;
• I — сила тока, измеренная амперметром, А.

Расчет заземления можно сделать и без замеров, для этого можно воспользоваться достаточно сложной формулой, но универсальной для любых вертикальных заземлителей.

Для расчета с помощью этой формулы необходимы следующие исходные данные:

• ρ-экв — эквивалентное удельное сопротивление почвы, Ом×м;
• L — длина стержня, м;
• d — диаметр стержня, м;
• Т — расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя (геометрическая середина стержня), м.

Таблица 1. Эквивалентное удельное сопротивление почвы – значения, нормированные для известных видов почв.

Грунт	Эквивалентное удельное сопротивление, Ом×м			Климатический коэфициент
	При влажности грунта 10-12%	Возможные границы колебания значений	Рекомендовано для расчетов	Ψ1	Ψ2	Ψ3
торф чернозем садовая земля глина суглинок мергель, известняк супесчаный песчаный	20 200 40 40 100 250 300 700	— 9 — 53 30 — 60 8 — 70 40 — 150 200 — 300 150 — 400 400 — 2500	20 30 50 60 100 250 300 500	1,4 — — 1,6 2,0 — 2,0 2,4	1,1 1,32 1,3 1,3 1,5 — 1,5 1,56	1,0 1,2 1,2 1,2 1,4 — 1,4 1,2

В таблице: Ψ₁— очень влажный грунт, Ψ₂ – грунт средней влажности, Ψ₃ – сухой грунт.

После того, как стало известно сопротивление одного вертикального стержня, можно рассчитать их необходимое количество, без учета сопротивления горизонтального заземления:

где:

• Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющих устройств, Ом;
• Ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта, для средней полосы Российской Федерации, может приниматься как 1,7.

Таблица 2. Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (согласно ПТЭЭП), в формуле выше обозначено как Rн.

Характеристика электроустановки	Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м	Сопротивление заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380	до 100	15
	свыше 100	0. 5 х ρ
380/220	до 100	30
	свыше 100	0.3 х ρ
220/127	до 100	60
	свыше 100	0.6 х ρ

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

где:

• Т – расстояние от поверхности земли до геометрической середины заземлителя, м.;
• L – длина заземлителя, м;
• t — минимальное заглубление заземлителя (глубина траншеи), принимается равным 0.7 м.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

где:

• L_г, b – длина и ширина заземлителя;
• Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя;
• η_г – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 3).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

 — в ряд; — по контуру,

где а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

где η_в – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица).

Таблица 3. Коэффициент использования заземлителей.

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего

Пример расчета

Расчет заземления электрооборудования. Пример — частный дом, используется однофазная электрическая сеть, требуемое сопротивление растеканию не выше 4 Ом. Место расположения — черноземье: эквивалентное удельное сопротивление грунта равно 50 Ом м. Для оборудования системы заземления используются стальные трубы длиной 160 см, диаметром 32 мм.

Расчет одного заземлителя:

Зная сопротивление растеканию, одного заземлителя, нетрудно рассчитать необходимое их количество:

Ответ: 11 заземлителей.

Советы

Сухой грунт — плохой проводник электрического тока, поэтому на песчаных почвах чем глубже забиты заземляющие стержни, тем лучше.

Находясь постоянно во влажной почве, конструкция из тонкого металла очень быстро разрушится в результате коррозии и перестанет выполнять возложенные на нее функции. Поэтому, во влажных грунтах, заземляющие стержни должны быть выполнены из достаточно толстых прокатных материалов.

На фото: заземляющий контур здания выполнен из стальной полосы.

Отличным заземлением может послужить водоносная скважина, если обсадочная труба выполнена из металла.

Если крыша дома выполнена из металлочерепицы (профнастила), ее в обязательном порядке заземляют. Подобная конструкция будет прекрасной молниезащитой здания.

Готовый молниеотвод можно получить, заземлив металлическую мачту телевизионной антенны, если таковая имеется.

Заземление зданий промышленных объектов

Расчет заземления электроподстанции просто необходим, на её территории находится большое количество оборудования, работающего с большим напряжением. Поэтому, практически все оборудование подстанции (трансформаторы, электрические щиты, железобетонные и железные опоры машин, муфты кабелей, кожухи кабельных каналов и размыкателей) заземляется в обязательном порядке.

Сопротивление растекания тока на рассматриваемых объектах не должно превышать 0,5 Ома. Для достижения заданной цифры при устройстве оборудования подстанций по максимуму пользуются естественными заземлителями, такими как трубопроводы подземных кабельных каналов, металлическими опорами электропередач и поддерживают их тросами.

Сопротивление подобных систем рассчитывается по формуле:

где:

• R тр — сопротивление троса одной опоры ЛЭП, Ом;
• R оп — сопротивление растеканию тока самой опоры, Ом.

Заземление зданий цехов промышленного предприятия производится в зависимости от наличия и количества установленного в нем оборудования. Сам алгоритм расчета ничем не отличается от рассмотренного выше примера. По рассматриваемой схеме производится и расчет заземления электрических кабелей.

Произвести необходимые расчеты и составить полный пакет документации по заземлению здания Вам помогут квалифицированные специалисты нашей компании.

Как заказать услугу?

Заказать услугу, рассчитать стоимость работ или уточнить дополнительную информацию вы можете:

оставив заявку на сайте, через форму обратной связи «Заказать звонок»,

позвонив нам по контактному телефону 8 (495) 669 31 74 

или же написать нам на почту: info@bta. ru

Будем рады ответить на все интересующие вопросы!

Заземление на производстве. Контур заземления производственного здания и цеха

Заземление на производстве является обязательной процедурой, обеспечивающей безопасность человека и сохранность его здоровья. Согласно действующим нормативам, заземление должно быть выполнено в обязательном порядке, если предполагается использование электрооборудования с напряжением более 50 В. В случае, когда оно используется в бытовых целях, достаточно будет просто зануления.

Какие особенности

Заземление на производстве имеет особенности: 

1. в качестве заземляющего электрода может использоваться водопроводная труба, металлическая арматура здания, металлический уголок, швеллер, железная бочка и т. П. 
2.  заземление должно быть рассчитано на действие тока молнии.
3. в качестве заземления не может быть использована линия электропередачи.
4. заземляющий электрод должен быть изолирован от конструкции здания.
5. заземляющий электрод не должен иметь контакта с трубопроводами, по которым проходят вода или газ.

Заземление цеха имеет такую главную особенность, как обязательное присутствие защитного заземляющего устройства, которое также называется заземлением. Такой элемент необходим для того, чтобы заземление могло функционировать. В то же время он защищает от поражения электрическим током, обеспечивает безопасность работы с электроустановками. В качестве заземления могут выступать металлические конструкции, которые не находятся под напряжением. К ним относятся: части зданий, в которых работают установки и оборудование, трубы, металлические части.

Заземление на производстве ‐ это гарантия безопасности, поскольку в случае утечки тока на корпус, что может случиться в любой момент, человек получит удар током и не сможет пораниться. Если не сделать заземление, то это может привести к травмам, а иногда и к летальному исходу. Особенно это касается работы с электроприборами и станками. Заземляющий контур представляет собой три металлических стержня, соединенных между собой прутком, который называется заземлителем. На концах стержней имеются отверстия, через которые проходят болты. Вставив болты в отверстия на концах стержней, закручивают гайки. Это необходимо для того, чтобы стержни прочно соединились. Затем в землю вбивают стержни, и вокруг них делают контур заземления. 

Что учесть

Проводя заземление на производстве, учитывайте следующее: 

1.  заземлять следует все металлические части оборудования, которые могут оказаться под напряжением; 
2.  заземляйте только такие части, которые действительно могут оказаться под опасным потенциалом; 
3. заземляйте все части оборудования в соответствии с требованиями техники безопасности.

Для заземления оборудования используют специальные заземлители, представляющие собой металлические стержни, погружаемые в землю. Стержни заземлителей соединяют между собой при помощи сварки или болтовых соединений. Контур заземления производственного здания должен быть соединен с контуром заземления здания и с контуром молниезащиты. При этом необходимо обеспечить его электрическую связь с землей по всей длине. Контур молниезащиты производственных зданий должен быть выполнен на основе металлических конструкций и иметь заземляющие устройства, которые присоединяются к контуру заземления. 

Если заземляющее устройство производственного здания выполнено на металлических конструкциях, то оно должно быть электрически связано с контуром заземляющего устройства. Важно при проведении заземления цеха учитывать тип и напряжение сети, в которой находится оборудование. Если напряжение в сети ниже 380 В, то заземление нужно выполнять по типу нулевого провода. В этом случае сопротивление будет составлять всего 2 Ом. При напряжении выше 380 В требуется заземление, которое будет выполнять функцию защитного проводника. Оно должно быть трехжильным, чтобы при обрыве одной из жил оставалась возможность использовать оставшиеся две жилы.

Контур заземления производственного здания – это конструкция, состоящая из вертикальных электродов, которые вкопаны в землю на расстоянии 3 м друг от друга. Контур состоит из двух частей: подземного проводника и заземляющей шины. В качестве проводника лучше всего использовать стальной уголок. На высоте 1,5 м от поверхности земли на стене здания крепится заземляющая шина. К ней подсоединяются горизонтальные проводники. После этого контур заземления заливается бетоном. 

Заземляющие проводники должны соединяться с землей. Для этого используют стальные трубы. Их заглубляют в грунт на глубину не менее 1 метра. Проводники соединяются при помощи сварки. С помощью электродов можно сделать контур с наименьшим сопротивлением. Для уменьшения трения между металлическими частями и землей заземляющий проводник должен быть изолирован. С этой целью его покрывают цементом, асбестом или битумом. Заземляющая шина соединяется с контуром заземления с помощью сварки. При соединении горизонтальных проводников с вертикальными электродами следует обратить особое внимание на то, чтобы они не соприкасались друг с другом. Это особенно важно для медных проводников, потому что у них может возникнуть электрическая дуга.

Для чего необходимо

Заземление производственного здания необходимо по причинам: 

1. Для обеспечения электробезопасности персонала.
2. Для защиты от поражения электрическим током.
3. Для облегчения поиска места повреждения изоляции.
4.  Для уменьшения потерь электроэнергии.
5.  Для снижения температуры в помещении.
6. Для исключения пожара.
7.  Для предотвращения электротравматизма при случайном прикосновении к токоведущим частям.

Заземление цеха необходимо для того, чтобы предотвратить попадание молнии в оборудование. Заземляющее устройство должно быть выполнено таким образом, чтобы при повреждении одного из его элементов не могло произойти короткое замыкание на землю. В качестве заземляющего устройства используются стальные трубы, расположенные на глубине 0,7 м. В зависимости от размера и назначения здания, может использоваться заземляющий контур из двух параллельных полос, расположенных на расстоянии 0,6—0,8 м друг от друга. Полосы соединяются между собой в одном месте, а концы полос соединены с заземляющим контуром. При использовании металлических заземляющих полос они должны быть соединены между собой с помощью сварки. Для защиты от коррозии металлические заземляющие полосы должны окрашиваться в белый или светло-серый цвет. В качестве заземляющего контура могут также использоваться и другие устройства, например, железобетонные столбы или трубы; при этом заземляющий проводник должен быть присоединен к ближайшему из них. 

При заземлении производственных зданий и сооружений с электроустановками напряжением 380/220 В в качестве заземлителей следует применять заземляющие устройства, расположенные на территории, застроенной многоэтажными зданиями. При этом заземлитель должен быть размещен в непосредственной близости от ввода в здание. Заземляющие устройства для зданий высотой до 50 м, как правило, должны быть присоединены к заземляющему устройству, расположенному на расстоянии, считая от здания по кратчайшему маршруту вдоль дороги, не более 100 м.

Заземление: понимание основ построения фундамента электрической системы сооружения | NFPA

NFPA Today — 27 сентября 2021 г.

Назад на целевую страницу блогов

Заземление — это термин, с которым хорошо знакомы и часто используют электрики, инженеры-электрики или руководители объектов, но что он означает? Первоначальная мысль заключается в том, что это просто подключение заземляющего проводника к земле. Проще говоря, это правильно, но это нечто большее. Во-первых, мы должны понять, что такое заземление, чтобы можно было установить правильную систему заземления.

Заземление или заземление, как определено в редакции NFPA 70® 2020 г., Национальный электротехнический кодекс ® (NEC®), ст. 100, соединяется с землей или с проводящим телом, которое расширяет соединение с землей. Итак, я уверен, что многие из вас думают, просто воткните провод в землю и назовите это хорошим, верно? Не совсем. Сначала должен быть создан эффективный путь тока замыкания на землю, чтобы обеспечить безопасную электрическую систему. В основном, это создание низкоимпедансного электропроводящего тракта, облегчающего работу устройства защиты от перегрузки по току. Этот путь должен быть способен безопасно проводить максимальный ток замыкания на землю, который может быть наложен на него из любой точки системы электропроводки, где может произойти замыкание на землю. Земля сама по себе не считается эффективным путем тока замыкания на землю, поэтому недостаточно воткнуть провод в землю.

Заземление является основой электрической системы здания или сооружения. Согласно 250.20 (B) NEC 2020, системы переменного тока (AC) от 50 до 1000 вольт должны быть заземлены, что означает заземление. Это достигается за счет правильно установленной системы заземляющих электродов. Наличие надежной системы заземляющих электродов стабилизирует напряжение и помогает устранять замыкания на землю. В разделе 250.50 NEC 2020 года дается описание системы заземляющих электродов, а в разделе 250.52 перечислены утвержденные заземляющие электроды. Некоторые из наиболее эффективных заземляющих электродов для зданий и сооружений:

• Металлическая подземная водопроводная труба
• Металлические заглубленные опорные конструкции
• Электрод в бетонном корпусе (также известный как «заземление нижнего колонтитула» или «заземление Ufer»).
• Кольцо заземления

Система заземляющих электродов представляет собой соединение с землей посредством требуемых заземляющих электродов. Затем заземляющие электроды снова подключаются к электросети здания через проводник заземляющего электрода (GEC). GEC при обслуживании здания или сооружения подключается к нулевой шине внутри электротехнического оборудования рядом с заземленным (нейтральным) проводником. Нейтральная шина соединяется (подключается) к корпусу сервисного оборудования через главную соединительную перемычку, которая, в свою очередь, создает эффективный путь тока замыкания на землю для электрической системы.

Но как только будет установлен эффективный путь тока замыкания на землю на землю, что тогда? Как будет производиться заземление электрооборудования, находящегося в зданиях и сооружениях? Это через заземляющий проводник оборудования ответвленной цепи (EGC). EGC бывают разных размеров, типов и материалов, как указано в NEC 2020, раздел 250.118. Вот некоторые из них:

• Медные, алюминиевые или покрытые медью алюминиевые проводники
• Жесткий металлический рукав (RMC)
• Промежуточный металлический рукав (IMC)
• Электрические металлические трубки (EMT)

Часто EGC представляют собой систему каналов, RMC, IMC или EMT. Эти типы EGC соединяются друг с другом и с корпусом оборудования с помощью ряда перечисленных установочных винтов или компрессионных муфт и соединителей. В большинстве соединителей используются стопорные гайки или соединительные втулки для соединения с электрическим оборудованием или корпусами. Там, где используются соединительные втулки, требуется дополнительный проводник, называемый перемычкой для соединения оборудования, который требуется для завершения соединения с корпусом, нейтральной шиной или шиной EGC. Это помогает завершить эффективный путь тока замыкания на землю. Использование проходного изолятора с соединительными перемычками оборудования может быть более подвержено человеческим ошибкам или механическим повреждениям, поэтому путь эффективного тока замыкания на землю может быть не таким надежным. EGC, которые представляют собой электрические проводники, такие как медные, алюминиевые или покрытые медью алюминиевые проводники, могут быть более эффективными благодаря прямому подключению к электрическому оборудованию, корпусу, нулевой шине или шине EGC. Вероятность отказа этого типа EGC меньше из-за меньшего количества точек соединения.

Как правило, при установке EGC утвержденный EGC должен располагаться в пределах того же кабельного канала, траншеи, кабеля или шнура от электросети или вспомогательной панели, что и проводники питающей или ответвленной цепи, обеспечивающие питание электрооборудования. С точки зрения электробезопасности и принимая во внимание стандарт NFPA 70E®, по электробезопасности на рабочем месте ® , раздел 120. 5(8), там, где существует вероятность наведенного напряжения, все проводники и части цепей должны быть заземлены перед касаясь их. Это один из возможных шагов для создания электробезопасных условий труда (ESWC), поэтому слабый или нефункционирующий EGC затруднит или сделает невозможным создание ESWC при возникновении необходимости замены или обслуживания электрооборудования.

Чтобы узнать больше о правильном склеивании, внимательно изучите ст. 250 НЭК 2020 года. Наш новейший информационный бюллетень по заземлению и соединению также будет полезным ресурсом. Загрузите его здесь.

Отсутствие эффективного пути тока замыкания на землю через надлежащее заземление может помешать правильной работе устройств защиты от перегрузки по току и, следовательно, неэффективному устранению замыкания на землю, что может привести к поражению электрическим током, поражению электрическим током или дуговому разряду. Создавая эффективную цепь тока замыкания на землю, вы не только правильно выполняете работу, но и защищаете себя и других.

NFPA 70 Национальный электротехнический кодекс® (NEC®) теперь доступен в NFPA LiNK™ , платформе для предоставления информации ассоциации с кодами и стандартами NFPA, дополнительным контентом и наглядными пособиями по строительству, электротехнике и быту. специалистов по безопасности и практиков. Узнайте больше по телефону nfpa.org/LiNK .

Важное примечание: Любое мнение, выраженное в этой колонке (блог, статья), является мнением автора и не обязательно отражает официальную позицию NFPA или ее технических комитетов. Кроме того, эта статья не предназначена и не должна использоваться для предоставления профессиональных консультаций или услуг.

ТЕМЫ:

• Электрический

Загрузите наш информационный бюллетень по заземлению и соединению

Скачать сейчас

Дин Остин

Старший специалист по электрике

Подробнее Дин Остин

Связанные статьи

22 МАРТА 2023

Статья 90: Почему это так важно для инспекторов по электротехнике

15 МАРТА 2023 ГОДА

Лучшее понимание NFPA 70E: настройка программы электробезопасности (часть 12 – элементы управления программой)

08 МАРТА 2023

NFPA 70B — критически важный инструмент для обеспечения надежности и безопасности

13 ФЕВРАЛЯ 2023

Мобильные системы хранения энергии

08 ФЕВРАЛЯ 2023

Поскольку цены на яйца продолжают расти, убедитесь, что проекты курятников своими руками выполняются безопасно

25 ЯНВАРЯ 2023

Основы электрооборудования, часть 3

Электрическое заземление и соединение согласно NEC | Консультации

 

Цели обучения

• Изучить правильную терминологию электрического заземления.
• Понимание требований Национального электротехнического кодекса к заземлению и соединению для глухозаземленных низковольтных систем переменного тока (ниже 1000 вольт).
• Предотвратите распространенные ошибки при проектировании и строительстве заземления и соединения.

Электрическое заземление и соединение — одна из многих неправильно понятых тем для обсуждения в сфере проектирования и строительства. Есть две основные причины для понимания заземления и применения правильной конструкции для заземления и соединения: безопасность и правильная работа чувствительного электронного оборудования.

NFPA 70: Статья 250 Национального электротехнического кодекса описывает минимальные требования к заземлению и соединению, и, хотя NEC перечисляет требования, которые необходимо соблюдать, его не следует воспринимать как руководство по проектированию. Некоторые обсуждаемые термины и требования могут быть верны для европейских стандартов, однако цель этой статьи состоит в том, чтобы прояснить конструкцию заземления и соединения, используемую в Соединенных Штатах.

Требования к заземлению и соединению

Статья 250 является сложной частью NEC и охватывает множество различных типов систем: заземленные системы (менее 50 вольт, от 50 до 1000 вольт и более 1000 вольт), незаземленные системы, системы более 1000 вольт, системы с заземленной нейтралью, системы постоянного тока, отдельно выделенные системы и заземление приборов и счетчиков/реле. Целью этой статьи является обсуждение требований к надежно заземленным электрическим системам переменного тока напряжением менее 1000 вольт.

Методы заземления и соединения важны и обязательны для NEC, поскольку при правильном выполнении они защитят персонал от опасности поражения электрическим током и обеспечат работу электрической системы. Эти практики выполняют следующие функции:

• Сохраняет корпус оборудования и другие обычные металлические детали в стабильном состоянии и, следовательно, в безопасности при прикосновении.
• Ограничивает непреднамеренное напряжение в электрической системе, вызванное молнией, скачками напряжения в сети или непреднамеренным контактом с высоковольтными линиями.
• Соединяет электрическое оборудование, чтобы создать путь с низким импедансом (эффективный путь тока замыкания на землю) от места повреждения обратно к источнику питания, чтобы облегчить работу устройств перегрузки по току.
• Устанавливает стабильное напряжение на землю во время работы, в том числе при коротких замыканиях.
• Предотвращает сбои в работе из-за электромагнитных помех.
• Предотвращает нежелательный ток.

Требования к заземлению и соединению начинаются при обслуживании. NEC требует, чтобы заземляющий проводник (проводники) был проложен с незаземленными проводниками к служебному входному оборудованию, и он должен быть подключен к клемме или шине заземленного проводника (проводников). Заземленный служебный проводник должен быть подключен к заземляющему проводнику при каждом обслуживании. Основная соединительная перемычка должна соединять заземляющий проводник с заземляющими проводниками оборудования и ограждением служебного ввода через клемму или шину заземляющего провода.

GEC должен использоваться для подключения EGC, кожухов сервисного оборудования и, если система заземлена, заземляющего рабочего провода к заземляющим электродам. На рис. 1 показаны соединения системы заземления.

Минимальные размеры заземляющего проводника, EGC и GEC определяются на основании NEC Table 250.102(C)(1), Table 250.122 и Table 250.66 соответственно. Размеры основных соединительных перемычек, соединительных перемычек на стороне питания и системных соединительных перемычек также можно выбрать из таблицы 250.102(C)(1).

Несмотря на то, что заземляющий проводник подключен на стороне питания, он не должен подключаться к EGC или повторно подключаться к земле на стороне нагрузки средств отключения обслуживания, за исключением случаев, разрешенных в статье 250.142(B) NEC 2017 года.

Распространенные ошибки

Существует несколько ошибок, часто встречающихся при проектировании или во время строительства из-за непонимания или неправильного представления о заземлении, соединении и статье 250 NEC. Вот несколько часто встречающихся ошибок:

Ошибка 1: Использование неправильных таблиц для EGC, заземления или GEC.

Методы определения размеров, описанные в NEC, являются минимальными требованиями и могут не соответствовать объему и размеру проекта. Большие доступные токи короткого замыкания могут потребовать проводников большего размера, чем минимальные требования NEC.

Размеры EGC должны соответствовать таблице 250.122. Полноразмерный ЭГК необходим для предотвращения перегрузки и возможного перегорания проводника при возникновении замыкания на землю вдоль одной из параллельных ветвей. Размеры EGC выбираются в соответствии с таблицей 250.122 на основании номинала устройства защиты от перегрузки по току на входе, которое защищает проводники, проложенные с EGC.

Однако размеры для EGC в таблице 250.122 не учитывают падение напряжения. Следовательно, размеры незаземленных проводников должны быть рассчитаны с учетом падения напряжения, и в соответствии с 250. 122(B) размеры EGC должны быть увеличены пропорционально увеличенным размерам незаземленных проводников. Например, для автоматического выключателя ответвления на 480 вольт с номинальным током 150 ампер размер EGC должен быть медным 6 AWG или алюминиевым 4 AWG для падения напряжения не более 3%.

Размер заземляющего проводника на объекте должен соответствовать таблице 250.102(C)(1) на основе размера наибольшего незаземленного проводника или эквивалентной площади для параллельных проводников. Эту таблицу также можно использовать для определения размера основной соединительной перемычки, системной соединительной перемычки и соединительной перемычки на стороне питания для систем переменного тока. Как указано в примечаниях к Таблице 250.102(C)(1), для незаземленных проводников сечением более 1100 тыс.см меди или 1750 тыс.смил алюминия площадь проводника должна составлять не менее 12,5% от площади наибольшего незаземленного провода питания или эквивалентного площадь для параллельных питающих проводов. Если незаземленные жилы проложены параллельно двумя или более комплектами, заземляющая жила также должна быть проложена параллельно.

Для параллельных комплектов эквивалентный размер наибольшего незаземленного(ых) проводника(ов) питания должен определяться наибольшей суммой площадей соответствующих проводников каждого комплекта. Например, при условии, что электроснабжение обеспечивается пятью наборами медных проводников сечением 500 тыс. мил, заземляющий проводник, требуемый в каждом наборе, должен быть из меди сечением 350 тыс.мил. Суммарная эквивалентная площадь параллельных проводников питания в каждом наборе составляет 2500 тыс. см (пять раз по 500 км·м для пяти параллельных незаземленных проводников). Поскольку эквивалентная площадь для меди превышает 1100 тыс. см3, заземляющий проводник (проводники) должен иметь площадь не менее 12,5 %. Это площадь примерно 312,5 тыс. кубометров, которая согласно таблице 8 главы 9в NEC 2017 года — 350 тыс. кубометров меди.

Размеры GEC должны соответствовать таблице 250. 66. Примечания в нижней части таблицы 250.66 необходимо учитывать, если имеется несколько проводников служебного ввода или нет проводников служебного ввода. С учетом количества служебных вводов размер определяется либо по наибольшему незаземленному служебному вводу, либо по эквивалентной площади для параллельных проводников. Размер GEC также зависит от материала проводника и его соединения с электродами, указанными в статье 250.66 (A)–(C). Разрешенными материалами являются медь, алюминий, алюминий с медным покрытием и предметы, разрешенные статьей 250.68 (C).

Например, при условии, что электроснабжение обеспечивается одним комплектом медных проводников сечением 500 тыс. смил, GEC в соответствии с таблицей 250.66 должен быть медным 1/0 AWG. Место для установки GEC находится в сервисе, в каждом здании или сооружении, питающемся фидером(ами) или ответвленной(ыми) цепью(ями), или в отдельно взятой системе.

Повторим еще раз: GEC — это соединение заземляющего проводника системы или оборудования с заземляющим электродом или точкой на системе заземляющих электродов. Это приводит к ошибке № 2, ошибкам в системе заземляющих электродов, которая обычно наблюдается при проектировании и строительстве.

Ошибка 2: Соответствие только минимальным требованиям NEC для системы заземляющих электродов, что может не соответствовать объему проекта.

Система заземляющих электродов состоит из заземляющих электродов, которые имеются в каждом обслуживаемом здании или сооружении и соединены вместе. Элементы, которые квалифицируются как заземляющий электрод, подробно описаны в статье 250.52, которая включает электрод в бетонном корпусе, заземляющее кольцо, окружающее здание или сооружение, стержневые и трубчатые электроды, пластинчатые электроды и другие перечисленные электроды. NEC подробно описывает минимальные требования, но не обязательно требования к дизайну или конструкции, которые позволяют создать функциональную систему в зависимости от масштаба проекта.

Это часто встречающиеся проблемы в системе заземляющих электродов, которые соответствуют требованиям NEC, но не соответствуют объему проекта:

• Отсутствие установки третьего заземляющего электрода. Для NEC требуется как минимум два заземляющих электрода, если только один электрод не имеет сопротивления заземления менее 25 Ом. Однако обычно в строительстве сопротивление заземления не измеряют повторно после установки дополнительного заземляющего электрода. Таким образом, сопротивление заземления в 25 Ом не подтверждается. Согласно NEC два электрода соответствуют требованиям, но это не гарантирует низкого сопротивления электрода относительно земли. Включение заземляющего кольца с несколькими заземляющими электродами считается наилучшей практикой для обеспечения низкого сопротивления. Кроме того, технические условия должны также требовать проведения измерений сопротивления заземления после установки системы заземляющих электродов, чтобы определить, требуются ли дополнительные электроды.
• Допускается сопротивление заземления 25 Ом, поскольку это разрешено нормами.
  • Для NEC требуется только сопротивление заземления 25 Ом; однако промышленность признает, что более низкое значение сопротивления может быть более желательным. Международная ассоциация электрических испытаний ATS-201313 рекомендует 5 Ом или меньше для больших промышленных систем.
• Установка заземляющих электродов (в частности, стержней) на расстоянии 6 футов друг от друга, поскольку это минимальное расстояние, требуемое нормами.
  • Каждый заземляющий стержень имеет свою зону влияния, как показано на рис. 2. Оптимальное расстояние между стержнями должно быть в два раза больше длины заземляющего стержня. Когда зоны перекрываются, результирующее сопротивление каждого стержня увеличивается, что делает систему заземления менее эффективной.

Существует множество соображений, которые необходимо учитывать при проектировании и установке систем заземляющих электродов. Это:

• Размер услуги.
• Типы подключаемых нагрузок.
• Почвы: на удельное сопротивление влияют соль, влажность, температура и глубина.

Принимая во внимание все вышеперечисленные факторы, некоторые из передовых практик, применяемых в отрасли, включают использование заземляющих колец вокруг зданий, заземляющих треугольников на небольших объектах, экзотермических сварных швов для скрытых или подземных соединений и заземляющих стержней, а также установку наземных испытательных/инспекционных колодцев. которые обеспечивают легкий доступ для проверки сопротивления заземления.

Ошибка 3: Соединение заземляющего провода (нейтрали) с шиной заземления в нескольких местах.

В соответствии со статьей 250.142 соединение нейтрали с землей допускается со стороны питания или в корпусе средств отключения сети переменного тока. Это соединение также разрешено в отдельно выделенных системах. Если заземляющий провод снова заземляется на стороне нагрузки службы, соединение между заземленным проводником и EGC на стороне нагрузки службы помещает EGC в цепь, параллельную заземленному проводнику.

Еще одна проблема, которая может возникнуть из-за нескольких мест соединения, — это риск отсоединения заземляющего проводника на стороне линии службы. Это может привести к тому, что EGC и все проводящие части, подключенные к нему, окажутся под напряжением, потому что проводящий путь обратно к источнику, который обычно позволяет отключить устройство максимального тока, не подключен. В этом случае потенциал заземления любых открытых металлических частей может возрасти до сетевого напряжения, что может привести к возникновению дуги и серьезной опасности поражения электрическим током.

Ошибка 4: Конструкция заземления и соединения для отдельных систем.

Одной из распространенных ошибок при проектировании заземления и соединения является заземление генераторов и использование трех- или четырехполюсного автоматического переключателя резерва в четырехпроводной системе питания. Заземление отдельно взятой системы подробно описано в статье 250.30. Ошибка при проектировании заземления и соединения отдельно производных систем связана с пониманием определения отдельно производной системы. Как показано на Рисунке 3, система считается отдельной производной, если система не имеет прямого электрического соединения с заземляющим проводником (нейтралью) другой системы питания, кроме как через соединительный проводник и заземляющий проводник оборудования.

Генератор также должен быть напрямую подключен к земле, если он считается отдельной производной системой, как показано ниже. Если используется четырехполюсная АВР и переключается нейтраль, генератор или вторичный резервный источник становится отдельной производной системой. Следует отметить, что трехполюсная АВР может использоваться с четырехпроводным генератором, а также считаться отдельно производной системой, если система распределения электроэнергии представляет собой трехпроводную систему. В этой ситуации нейтраль генератора будет соединена с землей, но к АВР не будет подведен заземленный (нейтральный) проводник.

Определения заземления и соединения

Существует множество требований в NFPA 70: Статья 250 Национального электротехнического кодекса. Распространенная причина путаницы в основном связана с непониманием правильных определений. Таким образом, первым шагом к пониманию статьи 250 является понимание терминологии NEC. Ниже приведены некоторые термины, взятые из статьи 100 NEC 2017 года, и пояснения к упомянутым терминам.

Скрепленный (склеенный): Подключенный для обеспечения электрической непрерывности и проводимости. Соединение не следует путать с заземлением. Две части оборудования, соединенные вместе, не обязательно означают, что обе части оборудования заземлены. Тем не менее, это гарантирует, что металлические части подключенного оборудования могут образовывать электропроводящий путь для обеспечения непрерывности электрического тока.

Соединительная перемычка, сторона питания: Проводник, установленный на стороне подачи услуги или внутри корпуса(ов) сервисного оборудования или для отдельной системы, которая обеспечивает требуемую электрическую проводимость между металлическими частями, которые необходимо электрически соединить.

Соединительная перемычка, система: Соединение между заземляющим проводником цепи и соединительной перемычкой на стороне питания или заземляющим проводником оборудования или обоими в отдельной системе.

Соединительный проводник или перемычка: Надежный проводник для обеспечения необходимой электропроводности между металлическими частями, которые необходимо электрически соединить.

Соединительная перемычка, основная: Соединение между заземляющим проводником и заземляющим проводником оборудования при обслуживании.

Эффективный путь тока замыкания на землю: Специально сконструированный электропроводящий путь с низким импедансом, спроектированный и предназначенный для передачи тока в условиях замыкания на землю от точки замыкания на землю в системе электропроводки до источника электропитания и который облегчает работу устройств защиты от перегрузки по току или детекторов замыкания на землю. Земля не рассматривается как эффективный путь тока замыкания на землю.

Заземляющий провод оборудования: Токопроводящая дорожка, которая обеспечивает цепь тока замыкания на землю и соединяет обычно не проводящие ток металлические части оборудования вместе и с заземляющим проводом системы, или с проводником заземляющего электрода, или с обоими.

Земля: Земля.

Заземленный проводник: Проводник системы или цепи, который намеренно заземлен (т. е. нейтральный проводник).

Заземляющий электрод: 9 шт.0066 Проводящий объект, через который устанавливается прямое соединение с землей. К обычным заземляющим электродам относятся стержни, пластины, трубы, заземляющие кольца, металлические заглубленные опорные конструкции и электроды в бетонном корпусе. Все заземляющие электроды в каждом здании или сооружении должны быть соединены вместе, образуя систему заземляющих электродов.

Проводник заземляющего электрода: Проводник, используемый для соединения заземляющего проводника системы или оборудования с заземляющим электродом или точкой на системе заземляющего электрода.

Путь тока замыкания на землю: Токопроводящий путь от точки замыкания на землю в системе электропроводки через обычно обесточенные проводники, оборудование или землю к источнику электропитания. Примерами путей тока замыкания на землю являются любые комбинации проводов заземления оборудования, металлических дорожек и электрооборудования.

Заземление (заземление): Соединение (подключение) с землей или с проводящим телом, продолжающим заземляющее соединение. Заземление не следует путать с соединением. Оборудование может быть соединено вместе, но оно не считается заземленным, если оно не соединено обратно с землей.

Заземлено, надежно: Заземлено без установки какого-либо резистора или импедансного устройства.

Нейтральный проводник: Проводник, подключенный к нейтральной точке системы, предназначенной для передачи тока при нормальных условиях.

Нейтральная точка: Общая точка соединения звездой в многофазной системе или средняя точка однофазной трехпроводной системы или средняя точка однофазной части трехфазной системы треугольником или средняя точка трехпроводная система постоянного тока.