К вопросу о заземлении

Доброго времени, уважаемый читатель!

Поводом для написания этой статьи послужили впечатления, возникшие у меня после прочтения подборки "полезных советов" по заземлению, собранной Николаем Ивановым и размещенной где-то в Internet-дебрях на всеобщее обозрение. Наряду с правильными умозаключениями и выводами соседствуют такие советы, услышав которые инспектора по ТБ (технике безопасности) в лучшем случае просто поседеют.

Заземление корпусов аппаратуры на батарею отопления или на выступающий из стены и неизвестно куда идущий металлический элемент конструкции - это просто цветочки по сравнению с тем, что может придумать воспаленный ум самоучки-инсталлятора в полевых условиях. Здесь и металлический прут, воткнутый в землю, и лужа, находящаяся неподалеку от площадки и не успевшая высохнуть, и кабина телефонной будки и прочие экзотические изыски.

Просмотрев подшивку изданий, выпущенных в разное время ООО "Шоу-Мастер", мне так и не удалось найти материал, подробно освещающий эту проблему.

В большинстве источников питания профессиональной звуковой и световой аппаратуры на входе стоит простенький фильтр, состоящий из пары конденсаторов и катушки индуктивности. Назначение фильтра - не пропускать высокочастотную составляющую переменного тока, возникающую при работе импульсных блоков питания и других устройств. В зависимости от емкости таких конденсаторов разность потенциалов между корпусом устройства и фазным или нулевым проводом может достигать до сотни вольт. При определенных условиях (влажное помещение, каменный пол и пр.) можно запросто получить удар электрическим током. Наверно, многим знакома ситуация с микрофонами, когда они нещадно "бьют" током. А если ввод и разводка сети выполнены по трехфазной схеме (что вовсе не является экзотикой) и оборудование сидит на разных фазах, то такая разность потенциалов будет равна уже сотням вольт. При этом опускаем гарантированное повреждение оборудования, которое объединено по сигнальным каналам и каналам управления. Поэтому можно сделать вывод, что заземление необходимо для того, чтобы, во-первых, исключить поражение человека емкостным током, во-вторых, обеспечить нормальную работу аппаратуры в комплексе, в-третьих, уменьшить влияние внешних помех на аппаратуру и уменьшить электромагнитное излучение высокой частоты. Конечно, это далеко не полный перечень того полезного, что дает нам заземление, но основные моменты отмечены.

Ни для кого не секрет, что для питания бытовых и промышленных электрических потребителей, как правило, используется переменный ток. Вырабатывается он трехфазными генераторами переменного тока и имеет частоту 50 Гц.

В трехфазных системах обмотки генератора и электроприемника соединяют по схемам "звезда" или "треугольник". При соединении в звезду концы всех трех обмоток генератора (или электроприемника) объединяют в общую точку, называемую нулевой или нейтралью (рис. 1). При соединении в треугольник начало первой обмотки соединяют с концом второй, начало второй - с концом третьей и начало третьей - с концом первой (рис. 2).

Если от генератора отходят только три провода, то такую систему называют трехфазной трехпроводной. Если же от генератора отходит еще и четвертый нулевой провод, то систему называют трехфазной четырехпроводной. Трехфазные трехпроводные сети используются для питания трехфазных силовых потребителей, а четырехпроводные - для питания преимущественно осветительных и бытовых нагрузок. В трехфазных системах различают фазные и линейные токи и напряжения. Фазное напряжение - напряжение между фазным и рабочим нулевым проводниками. Для сети 380/220 В оно равно 220 В. Линейное напряжение - напряжение между двумя фазными проводниками, и для сетей 380/220 В оно равно 380 В. Рабочим нулем называется проводник, который обеспечивает совместно с фазным проводником питание потребителя.

Электрические сети делятся на сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью. В подавляющем большинстве жилых и нежилых помещений используются сети с глухозаземленной нейтралью (средняя точка генератора или трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно либо через малое сопротивление/трансформаторы тока).

Основным документом, определяющим требования, предъявляемые к электрической сети, являются "Правила устройства электроустановок" (ПУЭ). Все монтажные и приемосдаточные испытания базируются на требованиях ПУЭ. На сегодняшний день действует седьмая редакция ПУЭ, утвержденная в 1999 г. В ней уже закреплены положения об обязательном использовании штепсельных розеток "европейского" типа (с заземляющим контактом). Но это нововведение в основном относится к вновь возводимым сооружениям.

В зданиях при трехпроводной сети (ПУЭ п. 7.1.36) должны устанавливаться штепсельные розетки на ток не менее 10 А с защитным контактом.

Штепсельные розетки, устанавливаемые в квартирах, жилых комнатах общежитий, а также в помещениях для пребывания детей в детских учреждениях(садах, яслях, школах и т.п.), должны иметь защитное устройство, автоматически закрывающее гнезда штепсельной розетки при вынутой вилке (ПУЭ 7.1.49.).

Исходя из вышесказанного, в зданиях, построенных после 1999 г., не должно быть проблем с заземлением. Все уже предусмотрено. А для всех остальных сооружений при заземлении или занулении необходимо придерживаться правил, изложенных ниже.

"Заземление", "зануление" и "заземлитель" - это три различных термина, которые нельзя путать.

Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.6.).

Защитным заземлением называется заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности (ПУЭ 1.7.7.).

Другими словами, основным назначением защитного заземления является обеспечение срабатывания максимально-токовой защиты при замыкании на корпус или на землю.

Занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока (ПУЭ 1.7.9.).

Однако при использовании заземления может возникнуть ситуация, когда при обрыве нулевого проводника все корпуса электроприемников за точкой обрыва окажутся под напряжением.

Таким образом, заземление - это процесс, действие. Заземлитель - это проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном контакте с землей и соединяющих с ней определенные части электроустановок. Зануление должно обеспечить надежное автоматическое отключение участка сети, на котором произошло замыкание. Благодаря занулению любое замыкание на корпус превращается в короткое замыкание и поэтому аварийный участок сразу же отключается автоматом или предохранителями.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:
1) проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;
2) обсадные трубы скважин;
3) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;
4) металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т.п.;
5) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей.

Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться при количестве кабелей не менее двух;
6) заземлители опор высоковольтных линий (ВЛ), соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;
7) нулевые провода ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух;
8) рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами (ПУЭ 1.7.70.).

Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не распространяется на опоры ВЛ, повторное заземление нулевого провода и металлические оболочки кабелей (ПУЭ 1.7.71.).

В качестве искусственных заземлителей применяются стальные стержни из уголковой стали 60х60 мм, стальные трубы 35 - 50 мм. Искусственные заземлители не должны иметь окраски, допускается использование заземлителей из оцинкованной стали. Стержни и трубы длиной от 2,5 до 5 м погружают в грунт вертикально и соединяют со стальной шиной сечением не менее 100 мм2 (рис 3).

Количество таких штырей-заземлителей зависит от характеристик грунта и должно в любое время года обеспечивать сопротивление не более 2 и 4 Ом соответственно при линейных напряжениях 380 и 220 В источника трехфазного тока, включая сопротивление искусственных заземлителей (для электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью).

Методики расчета заземления подробно освещаются в справочниках по электротехнике, поэтому приводить их здесь нет смысла.

Выбор сечения проводников следует осуществлять согласно требованиям глав ПУЭ.

Однофазные двух- и трехпроводные линии, а также трехфазные четырехпроводные линии при питании однофазных нагрузок должны иметь сечение нулевых рабочих проводников, равное сечению фазных проводников.

Техфазные четырех- и пятипроводные линии при питании трехфазных симметричных нагрузок должны иметь сечение нулевых рабочих проводников, равное сечению фазных проводников, если последние имеют сечение до 16 мм2 по меди и 25 мм2 по алюминию, а при больших сечениях - не менее 50% сечения фазных проводников.

Сечение заземляющих проводников должно быть не менее сечения нулевых проводников и не менее 10 мм2 по меди и 16 мм2 по алюминию независимо от сечения фазных проводников.

Сечение защитных проводников должно равняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм2, при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм2 должно равняться 16 мм2 и 50 % сечения фазных проводников при больших сечениях.

Сечение защитных проводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм2 при наличии механической защиты и 4 мм2 - при ее отсутствии.

Вопросам электропитания всевозможных культурно-зрелищных мероприятий в ПУЭ посвящена целая глава - "Электрооборудование зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных сооружений". В ней подробным образом описаны требования, предъявляемые к электрохозяйству названных учреждений. Также в этой главе жестко закреплено, что к линиям, питающим электроакустическое и кинотехнологические устройства, подключение других электроприемников не допускается. Подвижные металлические конструкции сцены, предназначенные для установки осветительных и силовых электроприемников (софитные фермы, портальные кулисы и т.п.), должны быть заземлены или занулены посредством отдельного гибкого медного провода либо жилы кабеля, которые не должны одновременно служить проводниками рабочего тока.

Заземление или зануление вращающейся части сцены и аппаратуры, размещаемой на ней, допускается осуществлять через кольцевой контакт.

Сечение жил медных проводов и кабелей, используемых для заземления или зануления подвижных металлических конструкций, должно быть не менее 1,5 мм2.

Вопросы о заземлении аппаратуры и о ее энергопитании достаточно непростые. В рамках одной статьи осветить все стороны проблемы не удастся. Мною была предпринята попытка изложить основные моменты и требования. Удачная или нет - судить вам. В любом случае, настоятельно рекомендую самим прочитать первоисточник - поверьте, узнаете для себя много нового.

В заключение лишь отмечу, что работы в распределительных устройствах могут вестись только электротехническим персоналом обслуживающего предприятия с группой допуска по электробезопасности не ниже III.

И несколько советов.

Заземление на батарею (водопровод) делать категорически не советую. Из-за многочисленных сгонов и переходников может появиться потенциал, отличный от нулевого, и ваш сосед или вы сами попадете под него, не говоря уже о возможном повреждении электроприемников.

Не рекомендую также при отсутствии опыта заниматься прокладкой защитного зануления в местах, где на розетки заводятся все три фазы. При использовании одного рабочего нулевого проводника и его случайном повреждении вы получите две фазы на входе аппаратуры, со всеми вытекающими последствиями.

И последнее. Никогда не скручивайте медный проводник с алюминиевым, так как в месте контакта возникает гальваническая пара и металл в месте контакта активно разрушается, возрастает переходное сопротивление, место соединения сильно нагревается, что может привести к пожару.

Медный и алюминиевый проводники соединяют между собой либо через переходную колодку, либо через переходные шайбы.

На сегодня все. Если возникнут вопросы, пишите, с удовольствием на них отвечу.