Схема контура заземления: устройство, расчет, испытания и нормативы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое контур заземления и зачем он нужен в частном доме. Как правильно рассчитать и сделать контур заземления. Какие материалы использовать для контура заземления. Как проверить сопротивление контура заземления. Какие нормы существуют для контуров заземления.

Содержание

Что такое контур заземления и зачем он нужен

Контур заземления — это система металлических проводников, находящихся в непосредственном контакте с землей и предназначенных для отвода электрического тока в землю. Основные функции контура заземления:

Защита людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением
Защита электрооборудования от повреждений при коротких замыканиях на корпус
Снижение электромагнитных помех в электрических сетях
Отвод в землю статического электричества

Контур заземления необходим как в частных домах, так и на промышленных объектах. Он обеспечивает безопасность людей и надежную работу электрооборудования.

Устройство контура заземления

Типовой контур заземления для частного дома состоит из следующих основных элементов:

Вертикальные заземлители — металлические стержни или трубы, забитые в грунт на глубину 2-3 метра
Горизонтальные заземлители — металлические полосы или провода, соединяющие вертикальные электроды
Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемое оборудование с контуром заземления
Главная заземляющая шина — шина в электрощите для присоединения заземляющих проводников

Вертикальные заземлители обычно располагают по углам равностороннего треугольника со стороной 2-3 метра. Их соединяют горизонтальными заземлителями, образуя замкнутый контур.

Как рассчитать контур заземления

Основные параметры, которые необходимо рассчитать при проектировании контура заземления:

Количество и длина вертикальных заземлителей

Сечение горизонтальных заземлителей
Сечение заземляющего проводника
Общее сопротивление контура заземления

Расчет выполняется исходя из удельного сопротивления грунта, требуемого сопротивления заземления и других факторов. Для частного дома обычно достаточно 3-4 вертикальных электродов длиной 2,5-3 м.

Материалы для контура заземления

Для изготовления элементов контура заземления применяются следующие материалы:

Вертикальные заземлители — стальной уголок 50х50х5 мм или труба диаметром 50-60 мм
Горизонтальные заземлители — стальная полоса 40х4 мм или круглая сталь диаметром 10-12 мм
Заземляющие проводники — медный провод сечением не менее 16 кв.мм

Все элементы должны быть оцинкованы или покрыты медью для защиты от коррозии. Не допускается использование алюминия из-за его быстрого разрушения в грунте.

Монтаж контура заземления

Основные этапы монтажа контура заземления:

Разметка расположения вертикальных заземлителей
Бурение скважин или забивка вертикальных электродов
Прокладка горизонтальных заземлителей в траншее глубиной 0,5-0,7 м
Сварка всех соединений
Обработка сварных швов антикоррозионным составом
Присоединение заземляющего проводника
Засыпка траншеи

Все работы должны выполняться в соответствии с проектом и требованиями ПУЭ. Запрещается использовать в качестве заземлителей трубопроводы с горючими жидкостями и газами.

Проверка сопротивления контура заземления

После монтажа необходимо измерить сопротивление контура заземления. Это выполняется с помощью специального прибора — измерителя сопротивления заземления.

Порядок измерения:

Отсоединить заземляющий проводник от главной заземляющей шины
Подключить измерительные провода прибора
Провести измерение в соответствии с инструкцией к прибору
Сравнить результат с нормативным значением

Измерения рекомендуется проводить в сухую погоду. При повышенной влажности грунта результат может быть искажен.

Нормы сопротивления контура заземления

Согласно ПУЭ, сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В не должно превышать:

4 Ом — при суммарной мощности генераторов или трансформаторов более 100 кВА
10 Ом — при суммарной мощности 100 кВА и менее

Для частных домов допускается сопротивление до 30 Ом. Если измеренное значение превышает норму, необходимо добавить дополнительные заземлители.

Требования к эксплуатации контура заземления

Для обеспечения надежной работы контура заземления необходимо:

Проводить визуальный осмотр видимых частей не реже 1 раза в 6 месяцев
Измерять сопротивление контура не реже 1 раза в 3 года
Восстанавливать антикоррозионное покрытие при необходимости
Не допускать механических повреждений элементов контура
Не размещать над контуром капитальные строения

При обнаружении повреждений или отклонений от нормы необходимо немедленно принять меры по восстановлению работоспособности контура заземления.

Контуры заземления – что это и как правильно выполнить

Если вы читаете эту статью значит уже знаете, что вам нужен контур заземления. Но возможно не до конца представляете, что он собой представляет, как работает и как его сделать правильно раз и навсегда, можно ли «сэкономить» и ут.д. Начнем с небольшого блока теории.

Что такое заземление и зачем оно нужно в частном доме

Мы разбираем конструкцию и схемы контуров заземления для электросетей с глухозаземленной нейтралью. Это значит, что на стороне подстанции нейтральный провод заземлен, то есть присоединен к заземляющему контуру.

Заземление – это подключение корпусов электроприборов к заземлителю. Заземлитель же – это один или несколько проводников, которые находятся в земле, в непосредственном контакте с грунтом. На рисунке изображено два контура заземления один возле подстанции, второй возле производственного помещения или частного дома где нужна защита.

Сопротивление контура заземления очень низкое (не больше 4 Ом по правилам). Это значит, что если на корпусе электроприбора окажется напряжение, например, произойдет пробой обмотки электродвигателя, то по корпусу оборудования через заземляющий проводник и контур пойдет очень большой ток. По сути пробой на заземленный корпус вызовет короткое замыкание. А ток короткого замыкания спровоцирует срабатывание автомата защиты или перегорание предохранителя.

Похожим образом работает и контур заземления подстанции. Например, при обрыве и падении фазного провода на землю возникнет короткое замыкание между фазой и заземлением, и сработает защита на подстанции.

Даже если случится так, что защита не сработает, например, произошел пробой в конце обмотки и ток утечки оказался недостаточным для срабатывания защиты, то сопротивление контура заземления намного ниже чем сопротивление человеческого тела. И если человек прикоснется к заземленному оборудованию, то или почувствует слабый удар электрическим током или не почувствует его вовсе. Электрический ток идет по пути наименьшего сопротивления, а меньшее сопротивление у контура заземления.

Если для промышленности все понятно, то зачем контур заземления в частном доме, какие тут моторы и где тут опасность? Корпуса большинства электроприборов вообще пластиковые.

И это хороший вопрос. Неужели требования что к электросети нельзя подключить новый дом без контура заземления – это просто бюрократическая фикция.

На самом деле нет. Раньше в частных домах из электроприборов были только свет да утюг, ну еще радиоприемник с телевизором. Сейчас количество и качество бытовых приборов изменилось кардинально, и пробой на корпус во многих из них может стать смертельным. Вот некоторые из них:

Бойлер – под напряжением окажется не только корпус, но и вся водопроводная система. Можно получить поражение электрическим током просто открыв воду на кухне.
В меньшей степени, но все же это относится и к скважинному насосу.
Автоматические стиральные машинки представляют похожий тип опасности с выходом через воду в любую точку, любой санузел в доме.
Нагревательные приборы — масляные нагреватели и электроконвекторы опасны прикосновением к корпусу.
Микроволновки, электродуховки и холодильники – также не нужно сбрасывать со счетов.
Все приборы с импульсными блоками питания: компьютеры, современные телевизоры те же стиральные машины. Конденсаторы в этих блоках питания соединены с заземляющим выводом PE, а он в свою очередь с корпусом прибора. И на корпус того же домашнего ПК может попасть напряжение в 100-110В. Чаще всего мы этого не замечаем из-за того, что стоим на сухом полу в обуви на резиновой подошве, да и большой ток через конденсаторы и такую паразитную наводку не пройдет, но все же есть реальный риск получить удар электрическим током от незаземлённого ПК с импульсным блоком питания.

Поэтому крайне не рекомендуем делать контур заземления формально лишь бы сдать. Кроме этого настоятельно рекомендуем подключать все розетки в доме не через обычные автоматические выключатели, а через дифференциальные автоматы или комбинацию автоматического выключателя и дифференциального реле. Дифференциальная защита кроме стандартных функций защиты от к.з. и перегрузки реагирует на токи утечки. Заземляющий контур и дифференциальная защита не заменяют, а прекрасно дополняют друг друга. Ведь заземление не защитит, если ребенок сунет гвоздь в розетку, а дифавтомат успеет сработать до того, как будет причинен существенный вред здоровью.

Расчет контура заземления

Размер и глубина зависят от типа грунта. Меньше всего проблем будет если у вас:

торфяные грунты
суглинки
влажные глинистые почвы.

Хуже если это песок тогда нужно больше проводников и забивать их нужно на большую глубину. Совсем не получится устроить контур заземления в скальных или горных грунтах.

В идеале нужно иметь геологические карты местности тогда получится сделать расчет контура заземления. Но на практике просто делают стандартный контур по общим рекомендациям, замеряют сопротивление, и, если оно недостаточно низкое, добавляют еще один или несколько электродов.

На иллюстрации ниже обычная схема контура заземления, которая сработает в 90% случаев.

Это равносторонний треугольник со стороной 1,5-3 метра, но, если площадь участка не позволяет сделать треугольник можно закопать и соединить вертикальные проводники в ряд, но так выше вероятность, что будет нужно больше вертикальных заземлителей.

Материалом для контура заземления может быть медь, оцинкованная и черная сталь. Форма и размеры не особо регламентируется, но важным является сечение и толщина элементов заземления. Вот рекомендации для черной стали:

Толщина и сечения заземляющего контура рассчитываются так, чтобы не только дать нужное сопротивление, но и обеспечить долговечность. Ведь сталь неизбежно будет ржаветь, и чтобы контур заземления прослужил как минимум 30-40 лет должен быть хороший запас по толщине и сечению стали.

Монтаж контура заземления — из чего и как сделать

Мы разберем монтаж контура заземления из классического стального проката на сварном соединении. Конечно можно купить набор специальных штырей-электродов, с наконечником которые можно завинчивать в землю перфоратором. Они состоят из нескольких секций (прутов круглого сечения) и по мере погружения добавляется следующая.

Но, во-первых, цена таких комплектов для заземления неоправданно высока. Во-вторых, муфты для соединения наборных электродов резьбовые и со временем электрических контакт сильно ухудшится. А старая добрая сварка — это монолитное соединение и прослужит столько же сколько и весь заземляющий контур.

ВАЖНО! Не нужно и даже запрещено красить элементы, из которых собирается контур заземления. Железо должно быть «голым» чтобы ничего не мешало контакту с грунтом.

А вот сварные швы нужно прокрасить нитрокраской или чем-то подобным, поскольку они наиболее подвержены коррозии, и контур может выйти из строя через 5-6 лет только потому что проржавели сварные швы.

Также обязательно нужно покрасить черной краской (это важно, краска по нормативам должна быть именно черной, даже если это ваш частный дом) полосу которая выходит из-под земли и соединяется с проводником

По сути монтаж контура заземления сводится к несложным хотя и трудоемким операциям:

Выкопать траншею глубиной 0,4-0,7 метра, в форме треугольника или прямую если не площадь не позволяет выкопать треугольник. Место для монтажа контура заземления нужно выбирать как можно ближе к вводному щитку. Ведь именно с заземляющей шиной вводного щитка нужно будет соединить контур заземления, и чтобы не тянуть стальную полосу или заземляющий проводник через весь дом, нужно максимально сократить это расстояние. Размер стороны треугольника в среднем 2-3 метра.
В углах треугольника нужно сделать углубления. Идеально подойдет мотобрур с удлиненным валом для бура. Глубина «шахты» должна быть не менее 2 метров. Если этого не сделать, забить 3-х метровую трубу или угольник в грунт будет трудно, а в случае глинистого грунта и вовсе невозможно. Легче пойдет в песчаный грунт, но скорей всего электродов понадобится больше.
Забить вертикальные части заземляющего контура. По мере погружения засыпать и утрамбовывать грунт в пробуренную нишу, чтобы контакт электрода с грунтом был плотным на всю глубину. Забивать нужно так, чтобы выше уровня дна траншеи осталось около 20 см уголка или трубы.
Соединить вместе забитые электроды заземление полосой или круглым проводником. Соединить с помощью сварки. Учтите, что полосу легче согнуть и проложить в нужном направлении. Конец полосы вывести к фундаменту в той же части нужно проделать в стене отверстие для заземляющего проводника. Или провести его по поверхности, если вводно распределительный щит находится снаружи здания.
Закрепить вывод стальной полосы к фундаменту. К концу стальной полосы (шины) приварить болт или шпильку. Можно сделать отверстие и прикрутить шину или кабельный наконечник заземляющего провода болтом, но в таком варианте больше переходных сопротивлений и добиться нужного сопротивления будет сложнее. В крайнем случае делайте два отверстия рядом и прижимайте стальную шину к медной двумя болтами. Но если заземляющий проводник у вас из провода, то нужно приварить болт, а на конец провода запрессовать кабельный наконечник. Сечение заземлящего провода который идет к вводному щитку должно быть:

не меньше 10 мм2 – для медных шин и проводов;
не меньше 16 мм2 – для алюминиевых шин и проводов;
если внутрь здания уходит стальная полоса или круглый проводник, то его сечение должно быть не меньше 75 мм2.

7. Проверка. Прежде чем вызывать электролабораторию можно предварительно проверить контур обычным мультиметром, причем в режиме вольтметра. Для этого нужно замерить напряжение между фазой и нулем, а потом между фазой и шиной заземления. Оно должно быть практически одинаковым, например, 221 и 216 Вольт, соответственно. Если прибор показывает, что напряжение между фазой и заземляющим контуром значительно ниже, например, 220 и 180 Вольт, нужно добавить еще один вертикальных проводник и приварить его к существующим. После этого повторить измерения. Разница уменьшится. Если удалось получить разницу в пределах 10 Вольт, скорей всего сопротивление контура заземления находится в пределах нормативных 4 Ом, и можно вызывать специалистов местного РЭС для проверки и выдачи заключения на подключение дома к электросети.

Надеемся материал этой статьи был для вас полезен. До следующих публикаций.

Схема заземления частного дома

Одним из основных элементов частного дома по праву считаются электрические сети. Без них не сможет функционировать ни одно установленное оборудование. Однако, следует помнить, что электричество, само по себе, является источником повышенной опасности. Поэтому, чтобы безопасно пользоваться электрическим током, существует специальная схема заземления частного дома, объединяющая в своем заземляющем контуре все бытовые приборы и оборудование, установленные в помещениях.

Содержание

Общее устройство заземления

Контур заземления имеет очень простое устройство, что не мешает ему выполнять большое количество различных функций.

Наиболее важными из них, являются:

Защита от поражения электротоком в случае соприкосновения человека с неисправным электрическим прибором.
Магнитные помехи высокой частоты, излучаемые электрическими сетями и приборами, снижаются до нормального уровня.
Обеспечивается безопасная эксплуатация бытовых приборов, функционирующих при повышенной влажности. Это относится к стиральным и посудомоечным машинам, различным видам бойлеров и водонагревателей.
Ликвидация шумовых помех в электрических сетях.

Основной частью заземления является заземляющий контур, совершенно несложный в изготовлении. В частном доме он устраивается в соответствии с правилами, определенными в ПУЭ.

В состав контура входят три заземляющих электрода, которые вкапываются в землю. Его составной частью, также является сварная конструкция из металла, играющая роль шины, для отвода электричества.

С помощью одного электрода невозможно создать нужную площадь, обеспечивающую полноценную защиту. Поэтому, в конструкцию входит несколько электродов заземления, которые связаны друг с другом. Расположенные на определенном расстоянии между собой, они полностью компенсируют недостаток площади.

При монтаже конструкции контура следует помнить, что не должно быть слишком большого расстояния между электродами. В противном случае, произойдет нарушение поверхности оптимальной площади. Из-за этого может произойти многократное уменьшение эффективности контура заземления. Материалом для контура заземления могут быть различные виды стальных металлов, а также медь, оцинкованная или луженая.

Выполнение подготовительных работ

Перед тем, как выполнять подготовительные работы, необходимо более подробно рассмотреть конструкцию контура заземления. В его состав входят вертикальные заземлители, вбиваемые в грунт. Их соединение между собой осуществляется с помощью горизонтальных заземлителей. Вся конструкция представляет собой одно целое с заземляющим проводником, соединяющим контур и электрический щит.

Вертикальные заземлители изготавливаются, чаще всего, из стального уголка, с размерами полок 50х50 мм и толщиной 5 мм. Горизонтальные заземлители можно сделать из полосовой стали 40х4 мм. Для заземляющих проводников лучше всего подходит сталь круглая, сечение которой составляет от 8 до 10 кв. мм. Для данных элементов нельзя применять арматуру, поскольку она имеет каленый наружный слой. В связи с этим, ток по сечению распределяется неправильно. Кроме того, арматура намного быстрее ржавеет.

Вся конструкция заземляющего контура представляет собой треугольник с равными сторонами. Точно такая же разметка делается на земле во дворе дома. Рекомендуемое расстояние от фундамента до контура не должно превышать одного метра. После того, как выполнена разметка, по всему периметру разметки отрывается траншея на глубину до 1 метра. Ширина траншеи должна быть удобной для производства сварочных работ, для этого вполне достаточно около 70 сантиметров. Данная траншея предназначена для прокладки горизонтальных заземлителей.

Забивание в землю вертикальных заземлителей производится в каждой вершине треугольника, на глубину от 2 до 3 метров. Для забивания используется обычная кувалда. Чтобы уголки лучше входили в землю, их концы необходимо заострить. В местах забивания можно заранее пробурить шурфы, чтобы уголки входили в более тонкий слой твердого грунта.

Монтаж заземляющего контура

После выполнения всех подготовительных работ, можно осуществлять непосредственный монтаж заземляющего контура. В вершины треугольника уголки забиваются не полностью, их края должны выступать из грунта примерно на 25 см. После вбивания в землю вертикальных заземлителей, производится их соединение друг с другом при помощи горизонтальных заземлителей. После всех соединений происходит образование замкнутого контура.

Для соединения используется обыкновенная сварка, с помощью которой к концам уголков привариваются стальные полосы. Соединение уголка и полосы должно быть именно сварочным. Не допускается применение болтовых соединений, так как постепенно такие места окислятся, и будет утерян контакт. В результате, функционирование заземляющего контура станет неэффективным.

После полной сборки контура, его нужно соединить с электрическим щитом. Заземляющий проводник приваривается одним концом к контуру и, далее, прокладывается в траншее, в направлении электрощита. На конец проводника приваривается болт, диаметром 6 или 8 миллиметров для того, чтобы закрепить провод в щите. Если стальная проволока отсутствует, то можно воспользоваться такой же стальной полосой, как и в горизонтальном заземлителе. Полоса будет даже более эффективной, чем проволока, поскольку она обладает большей площадью соприкосновения с землей. Единственная проблема заключается в сгибании полосы, поскольку она гораздо жестче, по сравнению с проволокой.

После того, как закончены все сварочные работы, свариваемые места обрабатываются специальными составами, защищающими металл от коррозии. Ни в коем случае нельзя использовать для этих целей обычные лакокрасочные материалы. Контур перестанет работать, поскольку будет потеряна связь с землей из-за высокого сопротивления, создаваемого краской.

После засыпки выкопанных траншей, можно выполнять подключение контура заземления к электрощиту.

Способы подключения контура заземления

В большинстве случаев, электрический ток к частному дому подводится с помощью воздушных линий. Заземление нейтрального провода в этих линиях осуществляется по системе TN-C, а к самому дому подходит провод фазы L и провод PEN, соединяющий в себе функции нулевого и рабочего провода. Поэтому, когда в частном доме установлен собственный заземляющий контур, его необходимо правильно подключить ко всем приборам и электроустановкам. Для такого подключения существует два основных способа.

Подключение домашнего оборудования к заземляющему контуру по системе TN-C-S

В системе заземления по варианту TN-C конструктивно не предусматривается отдельный защитный провод. Поэтому, необходимо сделать изменения и переделать существующую систему на TN-C-S. Для этого, в электрическом щите необходимо разделить совмещенный PEN проводник. Получится два раздельных провода: N – рабочий, РЕ – защитный.

К дому от ЛЭП подведено всего два провода, а в дом должна заходить уже трехжильная проводка, в которой отдельно имеется фаза, ноль и защита. Для того, чтобы правильно разделить старую систему, в электрощит устанавливается шина, имеющая с ним металлическую связь. Она будет играть роль шины заземления РЕ, и сюда необходимо подключить проводник PEN, идущий со стороны ЛЭП.

Шина РЕ соединяется с нулевым рабочим проводом N при помощи перемычки. Сама шина N не должна соединяться с электрощитом. Подключение фазного провода осуществляется также на отдельную шину, изолированную от щита.

После того, как выполнены все необходимые подключения, необходимо соединить электрический щит и заземляющий контур. Для этого используется многожильный медный провод, один конец которого соединяется со щитом, а другой, с помощью болта, соединяется с заземляющим проводником.

Соединение дома с контуром заземления с помощью системы ТТ

Данный вид подключения может производиться без разделения PEN проводника. Подключение фазного провода осуществляется к шине, изолированной от электрощита. Сам PEN проводник также подключается к изолированной шине и в дальнейшем играет роль нулевого провода. После этого, корпус щита соединяется с заземляющим контуром.

Таким образом, схема заземления частного дома этим способом показывает полное отсутствие связи PEN проводника и контура заземления. Данный способ имеет свои преимущества, по сравнению с первым вариантом. Однако, он и значительно дороже, поскольку предполагает установку дополнительных защитных устройств в виде УЗО и реле напряжения.

Что касается самого заземляющего контура, то его вовсе необязательно располагать в форме треугольника. Учитывая внешние условия, заземлители могут располагаться как угодно, в том количестве, которое способно обеспечить минимальное сопротивление заземления.

Проверка готовой системы заземления

Перед началом эксплуатации, готовая система заземления должна пройти проверку на способность выполнять свои функции. Для того, чтобы протестировать работоспособность системы, применяется электрический тестер (Омметр), с помощью которого измеряется сопротивление. Если к частному дому подключена электрическая сеть, напряжением 220 вольт, то сопротивление заземления должно быть не более 30 Ом.

Общие сведения о контурах заземления — рекомендации по применению

Контуры заземления могут создавать серьезные неудобства в системах сбора данных HVAC, поскольку их трудно обнаружить. В большинстве случаев они не причиняют вреда, но могут вызвать непредсказуемые проблемы спустя годы после установки!

Что такое контур заземления?

Заземляющая петля образуется, когда имеется более одного токопроводящего пути между «заземляющими» клеммами на двух или более единицах оборудования. Проводящая петля образует большую рамочную антенну, которая легко улавливает токи помех. Чем больше петля, тем больше помех; если вы используете стальной каркас здания в качестве земли, то петля может быть такой же большой, как и все здание. Сопротивление в заземляющих проводах превращает токи помех в колебания напряжения в системе заземления. Земля больше не стабильна; поэтому сигналы, которые вы пытаетесь измерить и которые относятся к этой земле, также нестабильны и неточны.

Наземные символы

Мифология заземления

Универсальная концепция, которой учат в технических школах и инженерных колледжах, заключается в том, что «земля» всегда имеет нулевое напряжение, может бесконечно поглощать электрический ток и безвредно рассеивать его мгновенно. Однако идеальное основание является лабораторной абстракцией и не существует в реальном мире.

Настоящие земли являются проводниками, поэтому между всеми точками заземления существует определенное сопротивление электрическому току. Это сопротивление может меняться в зависимости от влажности, температуры, подключенного оборудования и многих других переменных. Сопротивление всегда может позволить электрическому напряжению существовать на нем. Большие токи, протекающие через заземление, вызовут падение напряжения в заземляющих проводниках, и для их рассеивания потребуется время.

Департамент сельскохозяйственной инженерии Мичиганского государственного университета измерил сопротивление заземления на входах в систему электроснабжения и обнаружил, что значения сопротивления земли могут различаться до 2 вольт. Фактически, Национальный электрический кодекс (NEC) допускает изменение заземления на величину до 2,5 % от напряжения ответвленной цепи или 3 вольта RMS для цепи 120 В переменного тока (см. «Ссылки» ниже для получения дополнительной информации об исследовании штата Мичиган и NEC код).

Понимание того, что идеального заземления в реальном мире не существует, является первым шагом к устранению помех контура заземления, когда они возникают. Если вы помните, что каждое заземление в здании имеет разный и произвольный «нулевой» потенциал, то вы сможете разработать подходящие системы заземления.

Если земля такая плохая, то зачем вообще земля?

Основание необходимо по двум причинам: безопасность и безопасность.

В статье 250 NEC указано, что изолированные вторичные обмотки понижающих распределительных трансформаторов должны быть заземлены на входе в здание. Земля представляет собой медный стержень, вбитый в землю не менее чем на 8 футов. NEC требует, чтобы каркас из конструкционной стали, водопроводные трубы и другие крупные металлические объекты были соединены с площадкой входа в здание. Если изоляция провода повреждена или провод непреднамеренно отсоединился и коснется металлического предмета, от силового распределительного трансформатора на землю потекут большие токи короткого замыкания. Эти чрезмерные токи размыкают предохранители и автоматические выключатели, не позволяя оборудованию находиться под более высоким потенциалом, чем ближайшая раковина или строительная конструкция. Если заземление в распределительном щите по какой-либо причине отключается, то заземление входа питания в здание на трансформаторе обеспечивает протекание чрезмерного тока короткого замыкания, размыкание предохранителей и автоматических выключателей. Защита здания от пожара и защиты находящихся в нем людей от поражения электрическим током является основной функцией системы заземления распределения электроэнергии.

Второй аспект безопасности — поддерживать оборудование в пределах нормального диапазона рабочего напряжения. Большинство современных контроллеров с прямым цифровым управлением (DDC) будут работать без заземления где бы то ни было. Единственная загвоздка в том, что незаземленное оборудование может накапливать большие статические заряды из-за утечки изоляции. Первый человек, который подойдет и прикоснется к оборудованию, получит очень неприятный шок. Если статический заряд становится достаточно высоким, он разряжается на ближайший проводник с более низким потенциалом. Мгновенные разрядные токи могут достигать нескольких тысяч ампер и разрушать электронные компоненты системы. Заземление системы позволяет рассеять заряды без повреждений.

Помехи сигналам от контуров заземления

Контуры заземления позволяют электрическим и магнитным помехам создавать источники шумового напряжения. Эти источники напряжения добавляются к измеряемому сигналу и неотличимы от правильного сигнала. Контроллер, не зная, что он считывает неправильное значение, выполняет неправильное управляющее действие. Это может привести к некомфортным условиям для жильцов. Это также может привести к колебаниям механического оборудования, что приведет к преждевременному износу оборудования.

Помехи сигналам из-за магнитной индукции

Основными источниками этих проблем с шумом являются магнитная индукция и дисбаланс грунта.

Любая петля из проводящего материала образует одновитковый трансформатор, если присутствует магнитное поле, а магнитные поля возможны везде, где используется переменное напряжение. Магнитные поля создаются переменным напряжением, текущим по проводу, двигателями или флуоресцентными лампами. В цепях очень низкого уровня болтающиеся провода, движущиеся в магнитном поле земли, могут даже вызвать проблемы. Магнитное поле вызывает протекание тока в петле из проводящего материала, а сопротивление петли создает напряжение из этого протекающего тока.

Чем интенсивнее магнитные поля или чем выше частота магнитных полей, тем больше течет ток. Закон Ома гласит, что ток, умноженный на сопротивление, равен напряжению. Таким образом, чем больше ток, тем больше источник шума напряжения.

На левом рисунке ниже показан контур заземления под воздействием магнитного поля. Магнитное поле вызывает протекание электрического тока в контуре заземления. Сопротивление контура преобразует поток тока в источник напряжения между входом заземления контроллера и клеммой заземления датчика, как показано на правом рисунке ниже.

Контур заземления в магнитном поле (вверху слева) и напряжение датчика и напряжение контура заземления (вверху справа)

Помехи сигналам из-за дисбаланса заземления

Электрические нагрузки могут различаться в разных зданиях, создавая различные токи в системе заземления. Если в системе заземления протекает большой ток, а датчик помещен в цепь с заземлением, которая также имеет контур заземления, то к сигналу будет добавлена разница напряжений между двумя точками заземления.
На рисунке внизу слева показан источник тока короткого замыкания, подающий ток в систему заземления. Если, как в исследовании штата Мичиган, напряжение в системе заземления составляет два вольта, то к сигналу датчика добавляется напряжение неисправности в два вольта, как показано на рисунке ниже справа.

Дисбаланс заземления (слева) и напряжение датчика и напряжение контура заземления

Закрытие

Контуры заземления могут сделать самую лучшую систему управления неэффективной. Если вы считаете, что контуры заземления могут быть причиной проблемы с вашей системой HVAC/R, позвоните своему представителю BAPI или загрузите Примечание по применению BAPI: Избегайте контуров заземления с нашего веб-сайта www.bapihvac.com

Ссылки

ANSI/NFPA 70 , Национальный электротехнический кодекс 2002 г. – Национальная ассоциация противопожарной защиты
Стратегии строительства для минимизации паразитного напряжения на молочных фермах, Университет штата Мичиган
Генри Отт, Методы шумоподавления в электронных системах, 2-е издание, Wiley and Sons, NY, 1988

Мичиганский государственный университет.

Исследование и код NEC

Департамент сельскохозяйственной инженерии Мичиганского государственного университета измерил сопротивление заземления на входах в систему электроснабжения и обнаружил:
«Если заземляющий стержень панели обслуживания вбит на 8 футов во влажную землю, которая не является настоящим песком, сопротивление между этим заземляющий стержень и земля могут быть всего 20 Ом. Предположим, что когда в здании используется электроэнергия, одна десятая ампера тока нейтрали течет на землю через заземляющий стержень. Основной электрический закон, называемый законом Ома, гласит, что ток, умноженный на сопротивление, равен напряжению. Умножение тока заземляющего стержня (0,1 ампера) на сопротивление заземляющего стержня (20 Ом) дает 2 вольта. Если один щуп вольтметра коснется заземляющего стержня, а другой щуп вольтметра воткнут в землю настолько далеко от заземляющего стержня, насколько досягают выводы, счетчик покажет приблизительно 2 вольта».

Код NEC

Национальный электротехнический кодекс (NEC) также не помогает решить проблему. Статья 250 NEC требует, чтобы параллельные цепи были заземлены до ближайшего местного заземления здания, где бы в здании ни находились панели ответвлений. Цифры в статье 250 показывают заземление на строительную сталь. Как указано в статье штата Мичиган, «земли» зданий могут различаться в зависимости от их измерений на величину до 2 вольт. Статья 647.4 (D) NEC (статья 647 называется «Чувствительное электронное оборудование») допускает колебания заземления до 2,5% от напряжения ответвленной цепи или до 3 вольт RMS для цепи 120 В переменного тока.

Версия для печати в формате pdf этого указания по применению

Контуры заземления

[ Главная ] [ вверх]

Контуры заземления Радио Оборудование

Контуры заземления Транспортные средства

Аудио контуры заземления Системы

Как заземление Возникновение петель (технические)

Автомобильные площадки и Заземление

Примечание: это обсуждение относится только к основаниям в рамках платформы или системы.

Оно делает не применяется к кабелям или проводке вне здания, где повреждение освещения или другие всплески вызывают озабоченность.

Проблемы с контуром заземления обычно возникает, когда соединительные порты заземлены на точки, работающие с перепады напряжения. Различия в напряжениях обычно создаются большими токами. по другому заземленному пути. Проблемные перепады напряжения обычно создаются падение напряжения на сильноточный проводник, заземленный с обоих концов на общую землю. Это может создают разность потенциалов вдоль пути заземления сигнального провода, и это напряжение передается в чувствительную цепь.

Нежелательное взаимодействие, которое мы называем «петлей заземления», обычно является непреднамеренным в результате плохой техники подключения, плохого планирования источника или порта нагрузки или сочетание всего.

Примечание: «Порт» по определению входное или выходное соединение сигнала, обычно через разъем, разъем или клемму полоска. «Порты» — это точка соединения, куда входит или выходит соединительный провод или кабель. Устройство.

Использование шины заземления на столе не вызывает петля». Смена проводов на звезду или прокладка отдельных заземляющих проводов на дальние общая точка, как стержень, не корректирует контуры заземления. Несколько заземляющих проводов до дальней точки нет правильные контуры заземления или радиочастотные помехи, кроме как по чистой случайности. Длинные изолированные провода заземления от оборудования на столе до общей точки вне стола, такой как стержень, не годится наука.

Низкая частота оборудования или контуры заземления постоянного тока вызваны питанием падения напряжения в кабеле и отсутствием заземления в одной точке на одном конце пути. RFI вызван синфазным RF на антенных кабелях или нарушении целостности экрана. Более короткий и низкий путь заземления импеданс между оборудованием в одной точке, тем лучше! Исключением является как правило, любой сильноточный источник питания или нагрузка. Источники или нагрузки сильного тока, как правило НЕ следует привязывать к шину заземления более чем в одной точке. Что-то вроде большой силы тока Минусовой провод питания должен быть заземлен только на конце оборудования. В идеале отрицательная шина должна плавать на входе, но иметь предохранительный зажим, который представляет собой высокий импеданс в нормальных условиях при ограничении отрицательного вывода подниматься под разломы.

С за исключением сильноточного источника питания с заземленным минусом шасси, который должен быть заземлен непосредственно и только на сильноточном оборудовании, которое он обслуживает, кратчайший путь с наименьшим сопротивлением между оборудованием всегда является лучшим. Этот обычно требуется тяжелая настольная шина заземления с низким сопротивлением и коротким гибким плетеные провода, соединяющие настольное оборудование с этой настольной шиной.

Отрицательный провод предохранители на оборудовании тоже вообще плохая идея, тем не менее мы это видим везде. Предохранители с отрицательным проводом были необходимы из-за плохих инструкций по подключению!

Современные автомобили используют микропроцессорную систему для обучения многим аспекты состояния двигателя. Процессор считывает внешние датчики и с помощью эти данные, вычисляет угол опережения зажигания, топливо инжектор открывает окна, включает насосы и вентиляторы, контролирует рециркуляцию отработавших газов, регулирует двигатель скорость холостого хода и десятки других функций. Несколько датчиков сообщают компьютеру десятки параметров в диапазоне включая положение дроссельной заслонки, поток воздуха в двигатель, охлаждающую жидкость температура, барометрическое давление, содержание кислорода в отработавших газах, положение коленчатого вала, и другие параметры. Разница между подачей топлива на 15 лошадиных сил или подача топлива на 500 лошадиных сил может быть менее чем на 3 вольта меняется на некоторых датчики! Изменение десятых долей вольта может значительно изменить критические параметры двигателя, а изменения датчика в сотые доли вольта могут заметно изменить смесь количество. Эта чувствительность к относительно небольшим изменениям напряжения датчика является корнем Проблемы с контуром заземления управления двигателем. Ключ к правильному управлению сложными функциями читает низковольтные датчики с высоким импедансом, обычно работающие в диапазоне от нуля до пять вольт, точно. Шум может особенно повредить точности в чувствительной синхронизации функции.

Повреждение оборудования может быть результатом проблемы с контуром заземления. Из-за плотного упаковка и миниатюрная конструкция, современная электроника использует небольшие проводники (фольгированные дорожки) и компоненты. Контур заземления может расплавить дорожки фольги, повредить полупроводники или чипы или разрушить небольшие резисторы. Контур заземления может вывести из строя дорогую электронную систему за долю секунды. второй. Хуже того, контур заземления, влияющий на дозирование топлива или угол опережения зажигания, может уничтожить двигатель.

Мои проблемы с послепродажная система EFI является хорошим примером ошибки контура заземления, угрожающей срок службы двигателя.

Высокая чувствительность к малым уровням напряжения лежит в основе звуковой контур заземления или проблемы с гулом.

Второстепенной проблемой является повреждение оборудования. Из-за плотного упаковка, современная аудиоэлектроника часто использует небольшие проводники из фольги и компоненты, чувствительные к току. Полупроводники малой мощности могут быть непоправимо повреждены напряжением в несколько вольт или тысячных долей секунды. амперный ток. Как и в домашних компьютерах и автомобилях, контур заземления может расплавить дорожки фольги, повредить полупроводники или микросхемы или уничтожить небольшие резисторы или конденсаторы. Дорогой аудиокомпонент можно испортить долю секунды.

В первые дни моей карьеры в радиовещании наземные пути между различными частями звукового оборудования были изолированы. Инженеры заземлили щиты на симметричных линиях в одной точке тракта, как правило, на клеммах входного порта. Экраны на несбалансированных линиях, если только оборудование не было установлено в одной стойке, были плавает изолирующим трансформатором на одном конце.

Единственными общими соединениями шасси были провода питания, радио основания частоты и основания безопасности. Заземляющие экраны звукового сигнала или сигнала низкого уровня были всегда изолированы от шасси или цепей заземления на одном конце. Это было справедливо для всех низкоуровневых сигнальные линии. Изоляция помешала нежелательные сигналы контура заземления, обычно проявляющиеся в виде гула или шума, из-за фоновый мусор. Было очень плохой практикой заземлять шасси по постоянному току как сбалансированно, так и несбалансированные линии, особенно линии со щитами толщиной менее нескольких толщин кожи или экраны с чрезмерным сопротивлением более чем в одной точке кабельной трассы.

Низкоуровневые аналоговые измерительные и сигнальные земли также расстроены землей петли. Как правило, по крайней мере один конец участка должен быть независимым от земли или заземление изолировано. Это предотвратит нарушение критического сигнала контурами заземления. напряжения и давать ложные показания.

Самый простой контур заземления показан ниже:

Если мы рассмотрим систему постоянного тока с буквой «А» как источник и «B» в качестве нагрузки, напряжение «C» поднимет «B-» на 0,5 вольта. Это означает, что разница между плюсом и минусом «B» будет 2,5 вольта.

И наоборот, если «B» был источником 2,5 В, а «A» нагрузка, «C» будет толкать «A -» более отрицательным, а разница «A» между + и — будет 3 вольта.

Вот почему мы должны быть уверены, что ничто не напряжение на заземляющем проводе. Единственный способ исключить вероятность заземления петля, нарушающая чувствительное напряжение или даже вызывающая повреждение, будет плавать один или оба конца системы полностью от земли. Хотя бы один конец конец источника или конец нагрузки должны быть в дифференциальном режиме. «Дифференциал» означает, что речь идет только о разнице напряжений между + и -, а не о внешнем источник. Поместив один конец в дифференциал, он будет выглядеть так:

В приведенном выше случае «B-» будет единственным наземная точка. На «А-» не могло быть земли. Отключение заземления любого конца отрицательным, и создание дифференциальной нагрузки или источника устраняет контур заземления.

Устранение проблемы контура заземления путем создания заземляющего проводника больше, как правило, не лучший способ сделать что-то, хотя он, безусловно, может помочь, уменьшив падение напряжения (снизив импеданс тракта). Проблема в том, что проводники, какими бы большими они ни были, всегда имеют неизбежное падение напряжения с током. Это падение напряжения определяется законом Ома, где ток, умноженный на сопротивление, представляет собой падение напряжения на пути тока. Если проводник несет высокочастотные сигналы, вопрос усложняется импедансом и эффекты стоячих волн. Для большинства аудиосистем, систем электропитания и управления мы можем просто рассмотреть сопротивление. Для более высоких частот или резко возрастающих сигналов (например, системные импульсы), мы должны учитывать реактивные части импеданса проводки.

Системы со смесью больших токов и чувствительных низкоуровневые линии доставляют гораздо больше хлопот, чем другие системы. Большие токи могут легко создавать перепады напряжения, которые составляют значительную часть низкого сигнала уровни. Когда сильноточная и низкоуровневая системы имеют общее заземление, Падение напряжения тока на проводе заземления или нейтрали может быть перенесено на другие наземные пути. Это переводит часть высокого тока в низкий. уровневая система.

В цепях ниже даже с тысячными долями Ома сопротивление проводника и соединения, путь заземления сильного тока превышает 1/10 часть падения вольта. Сигнальный провод, даже с намного меньшим проводом, имеет только падает на несколько милливольт. Это связано с тем, что ток нагрузки очень мал.

Давайте рассмотрим несколько основных несбалансированных систем. В этих цепях:

Индикатор

от R1 до R4	сигнальный провод и соединительные сопротивления
Р5	или сопротивление нагрузки
Р6	Сильноточная нагрузка
Р7-Р10	Сопротивление проводника сильноточной нагрузки
Вс1	Источник сигнала
Вс2	Источник для сильноточной нагрузки

В приведенной ниже системе мы видим, что напряжение сигнала не зависит ни от чего, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках. Отсутствует большой ток нагрузки и нет контура заземления.

В системе ниже общий провод заземления между верхней и нижней нейтралью был добавлен в левый конец. Мы видим, что напряжение сигнала не зависит ни от чего, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках. Нет контура заземления и нет высоких силовой ток нагрузки. Датчик низкого уровня считывает только 0,004 вольта от источник.

В приведенной ниже системе мы видим, что напряжение сигнала не зависит ни от чего, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках. На R6 ток нагрузки 118 ампер, но ток не влияет на напряжение сигнала, потому что заземление сигнала свинец имеет только одно основание точка. Нет контура заземления.

В приведенной ниже системе мы видим, что на напряжение сигнала сильно влияет высокое текущая нагрузка. Это связано с тем, что описанная выше система имеет контур заземления. Сигнал провод заземлен с каждого конца.

В приведенной ниже системе была добавлена тяжелая шина заземления с очень низким сопротивлением. попытаться смягчить сопротивление шасси или нейтрального пути. Хотя уменьшается, напряжение сигнала остается подверженным влиянию падения напряжения в верхнем проводники тока. Этот пример демонстрирует, почему лучше всего избегать контуры заземления, а не попытки смягчить контуры заземления за счет лучшего заземления между точками заземления системы.

Парк автомобилей в типичные легковые автомобили с цельным кузовом представляют собой особую ситуацию. механический методы строительства, которые делают платформу жесткой, также работают для формирования большого широкая дорожка заземления шасси с очень низким сопротивлением. Сварная оболочка образует заземляющий проводник с очень низким сопротивлением и является отличной точкой для общего заземление для сигнальной и силовой земли. Хотя сопротивление не равно нулю, оболочка тела ближе всего к нему. Использование четырехпроводного измерения сопротивления метод, мои 1989 Mustang измеряет менее 0,002 Ом от земли моей задней батареи. к моему переднему внутреннему каркасу крыльев. Это приблизительный эквивалент 15-футового медного провода 0 AWG и разъемов. Большая часть этого сопротивления сосредоточен вокруг наконечников заземления (до того, как ток успеет распространения), а не над траекторией тела. Если бы я улучшил точки соединения, я может значительно уменьшить небольшое сопротивление моей системы сейчас. это не совсем необходимо, поэтому я не заморачивался.

Не имеет большого смысла запускать тяжелый медный негатив из двигатель к аккумулятору, когда шасси уже есть и корпус кузова, включая небрежно выполненные потери в соединении, имеет меньшее сопротивление, чем качественно выполненное кабель.

Пример пути заземления сопротивление:

Сопротивление любого однородного проводника обратно пропорциональна площади поперечного сечения и прямо пропорциональна к удельному сопротивлению и длине. Простыми словами, если мы удвоим крест площади сечения проводника мы сокращаем сопротивление (и падение напряжения) в половина. Если мы удвоим длину, мы удвоим сопротивление и удвоим падение напряжения.

Медный провод номер 1 AWG имеет эффективный диаметр около 0,3 мм. дюймы. Площадь круга равна pi*r в квадрате. Этот провод будет иметь крест площадь сечения около пи * 0,15 * 0,15 = 0,071 квадратных дюйма.

Предположим, что стальной каркас корпуса имеет калибр около 16 или около 0,06. дюйма толщиной. Площадь в один фут будет иметь 12 * 0,06 = 0,72 кв. дюйма площади поперечного сечения. Физическое поперечное сечение составляет около десяти раз больше площади поперечного сечения медного провода.

Удельное сопротивление стали около 15 Ом на 10-6 см. удельное сопротивление меди 1,7 Ом на 10-6 см. Мы можем обоснованно предположить сталь имеет примерно в 15/1,7 = 8,8 раза большее сопротивление меди при том же длина и такая же площадь поперечного сечения. В то время как корпус корпуса имеет более высокий материал удельного сопротивления, тело также имеет гораздо большее поперечное сечение область.

Это означает стальную оболочку корпуса шириной в один фут, если эта оболочка имеет толщину всего 0,06 дюйма, имеет примерно на 10% меньше сопротивления, чем аналогичный длина пути через медный провод. Легко понять, почему наземный путь через кузов автомобиля, который, вероятно, имеет ширину в несколько футов и намного толще во многих областях составляет небольшую часть сопротивления медного провода.

Участок днища шириной четыре фута, толщиной всего 0,06 дюйма, будет иметь поперечное сечение около 2,88 квадратных дюймов. Эквивалент медный провод должен быть 2,88/8,8 = 0,327 квадратных дюймов, или диаметр = 2* sqrt A/pi или диаметр 0,645 дюйма! Сопротивление, равное сопротивлению тонкого стального поддона шириной 4 фута, с для медного кабеля требуется кабель больше 4/0, а у нас нет даже рассчитывайте на помощь от рамных рейлингов, рокеров или дорожек на крыше!

Давайте посмотрим, почему Форд сделал систему определенным образом и как схемы могут ввести в заблуждение. Это схема отрицательного провода аккумулятора на Фокс Мустанги:

Правильная схема выше:

В приведенной выше системе отрицательный провод EEC не заземляется на отрицательную клемму аккумулятора. Отрицательный EEC фактически подключается к шасси автомобиля рядом с пусковым реле, где он имеет общую точку заземления шасси с минусом аккумулятора. Территория как это работает только тогда, когда батарея установлена спереди и сделана точно так же, как изначально сделано. Эта система приемлема, потому что:

1.) Мустанг изначально имел довольно низкое потребление тока от система заряда.

2.) Блок заземлили с головы на брандмауэр.

3.) Очень короткий и тяжелый провод аккумулятора был надежно подключен к блоку.

Схема альтернативного метода для передней батареи, чтобы избежать контуров заземления:

Задняя батарея во избежание опасности возгорания контура заземления и заземления:

Отрицательные клеммы аккумуляторной батареи:

С задним аккумулятором нет причин долго работать отрицательные провода от чего угодно к аккумулятору. Исключение составляют некоторые устройства в багажнике с плавучим грунтом, такие как топливные насосы или другие электродвигатели. Это предполагает цельный автомобиль или раму большой площади. со сварной конструкцией в качестве шины заземления. В Европе основания для минусовые столбы батареи для средств связи запрещены из-за пожара и опасности безопасности.

Устройство с задним аккумулятором	Всегда разрешено отрицательный пост	Допустимо, но часто нежелательно	Никогда не разрешается отрицать пост
Усилитель с общим минусом на корпус и домкраты			х
Усилитель с отрицательным выводом шкаф и домкраты	Х*	Х**
Электродвигатель или насос с изолированным земля	Х*	Х**
Блок зажигания с общим минусом корпус или другие выводы			х
Инвертор мощности с отрицательным общим проводом к корпусу и розеткам			х
Инвертор мощности с отрицательным изолирован от шкафа и розеток		х
Радиосистема, включая стереофоническую и двухстороннюю систему с отрицательным общим шкаф и домкраты			Х
Радиосистема, включая стереофоническую и двухстороннюю систему с минусовой изоляцией от шкафа и гнезд	Х*	Х*

* если рядом с батареей ** если далеко от батарея

С передним аккумулятором, прочные независимые от земли устройства вообще можно подключить к минусу аккумулятора практически как угодно.