Что такое заземлитель: Заземлитель

Что выступает в роли искусственного заземлителя

Заземляющий элемент выполняется в виде проводника (электрода) определенного материала, который помещается в грунт. В некоторых случаях монтируется несколько подобных заземлителей.

Определение ситуации, когда необходимо монтировать именно группу искусственных стержней, реализуется посредством специальных расчетов. Результатом вычисления обосновывается выбор конфигурации электрода по отношению к его сопротивлению — основному показателю, определяющему качество заземления.

Важно! Совокупность соединенных искусственных стержней, вмонтированных в землю и объединенных с электрооборудованием при помощи проводника, образует заземляющий контур.

Искусственный заземлитель изготавливается из таких материалов:

1. Омедненная сталь. Соединение меди и стали имеет хорошее сцепление. Стержни прочные, отлично контактируют с любыми материалами. За счет химических особенностей сплав обладает отличной электропроводимостью. Электрохимическая активность меди и стали незначительна, нормальная эксплуатация заземлителей из такого металла может достигать больше ста лет.
2. Оцинкованная сталь. Преимущества — коррозионная стойкость материала, низкое сопротивление, электроды устойчивы к кислотной среде.
3. Черные металлы. Недостаток — быстрое разрушение в агрессивном грунте (образуются коррозия и ржавчина). Высокая прочность материала повышает сопротивление растеканию тока, что крайне опасно для человека.

Помимо материала, искусственные заземлители различается по форме и по расположению в почве (углубленный вертикальный и протяжной горизонтальный тип).

Чем отличаются вертикальные и горизонтальные заземлители

Особого функционального отличия между такими типами электродов нет. При монтаже как вертикального, так и горизонтального элемента важна лишь глубина их погружения.

Стандартные показатели заглубления:

1. Верхний конец вертикально заложенных в грунт заземляющих элементов углубляется на 0,7 м. Укладываются на дно горизонтально, по периметру фундамента. Диаметр электродов — от десяти до шестнадцати мм, длина — до 5 м.
2. Горизонтальные элементы заземляющего устройства углубляются в грунт на 0,5 м. Если земля пахотная, прокладывать их необходимо на глубину не меньше 1 м. Рациональность их применения обоснована лишь при хорошей электропроводимости верхнего слоя почвы. Такой вид электродов может использоваться для связи вертикальных заземляющих элементов. Соединения выполняются при помощи сварки. Применяется или сталь округлой формы диаметром более 10 мм, или стальные полосы толщиной больше 4 мм.

Обратите внимание! Практичнее использовать вертикальные заземлители. Горизонтальные элементы заземления крайне сложно заглубить в почву на необходимую глубину. При небольшой глубине в таких заземлителях начинает ухудшаться основной характеризующий показатель — увеличивается удельное сопротивление.

Конкретного профильного требования, которое регламентирует монтаж заземлителей четко в вертикальном положении, не существует (исключительно рекомендательный характер). Возможен вариант установки вертикального электрода под незначительным углом. Такой фактор не отражается на функциональности заземлителя.

Функции искусственного заземляющего элемента

Согласно пункту ПУЭ 1.7.28, заземление должно быть организованно для всех видов промышленных и бытовых электроустановок. Необходимость установки аргументирована практической значимостью функций системы. Каждой части заземляющего устройства отведена своя задача.

Проводящий элемент или совокупность соединенных между собой аналогичных элементов заземляющего устройства играют важную роль в надлежащей работе всей системы заземления объекта.

Существует две основных функции заземления, которые реализуются при помощи искусственного заземлителя:

1. Обеспечение электрической безопасности пользователям электроустановки. Основные задачи защитной функции — уменьшение показателей разности потенциалов, отвод блуждающего тока. Ток утечки образуется при взаимодействии заземляющего предмета с фазным кабелем.
2. Поддержка эффективной и бесперебойной работы как электрического оборудования, так и всей электроустановки.

Важно! Заземление более эффективно, когда электрическая система объекта оснащена УЗО (устройством защитного отключения) или аналогичными защитными приборами. Такие устройства моментально реагируют на утечку тока.

Искусственный заземлитель имеет ряд требований, реализация которых позволит добиться надлежащего результата выполнения функций. Основа — надежный монтаж и оптимальное расположение в грунте заземляющего элемента.

Как устанавливать искусственный электрод в грунт

Искусственный заземлитель в процессе изготовления неоднократно подвергается проверке на соответствие всем параметрам нормативных требований. Аналогичная ситуация с его установкой и расположением в грунте. Обобщив данные, можно выделить основные моменты производства такого электромонтажа:

1. Процесс установки практически полностью механизирован.
2. Если предусмотрено два протяженных (горизонтальных) луча, от заземляемой части электроустановки электроды прокладываются в противоположных направлениях. При условии, что заземлителей больше двух, прокладка лучей осуществляется под наклоном (угол в 120° – 90°). Обусловлено такое размещение улучшением показателя сопротивляемости.
3. При монтаже заземлителя часто происходит распределение потенциалов. Разница потенциала на поверхности грунта (сверху заземлителя) и вокруг элемента (внутри почвы) служит причиной возникновения опасных напряжений. Для выравнивания потенциалов в таких случаях искусственный заземлитель изготавливается в форме сетки. Горизонтальные электроды прокладываются как вдоль, так и поперек площади электроустановки. Соединения на местах пересечения выполняются сваркой.

Важно! При близком расположении электродов такого типа происходит экранирование. Снижается показатель их эффективности.

Завершающим этапом выполнения заземления обязательно будет работа по измерению параметров сопротивления заземления.

Как определить сопротивление

Согласно нормативной документации, такой показатель считается основным для определения качества заземляющего устройства. Сопротивление регламентирует надежность производства основных функций заземляющих элементов.

Факторы, которые оказывают первостепенное влияние на показатель:

1. Площадь (S) заземляющих электродов с почвой («стекание» тока).
2. Удельное электрическое сопротивление грунта (R).

Существуют стандартные показатели сопротивления растекания, при соответствии которым реализуется эффективная работа заземляющей системы. Определяется уровень проводимости тока устройством.

Обратите внимание! Для электроустановки с напряжением в 380 В показатель сопротивления не должен превышать 30 Ом. Системы видеонаблюдения, серверные блоки и медаппаратура выполняется заземлением с сопротивлением заземляющих элементов в 0,5–1 Ом.

Определение такого показателя проводимости не единичная рекомендация. Существует еще и ряд общеобязательных требований по структуре и монтажу такого элемента заземления.

Основные требования

Большая часть профильных рекомендаций и правил регламентирует конструкцию и размещение такой составной части заземляющей системы. Требования, которым должен соответствовать искусственный заземлитель:

1. Для засушливых территорий существует отдельная технология производства заземления с применением железобетонных конструкций.
2. Искусственный заземлитель не подлежит окраске. Объясняется тем, что любое окрашивание выполняет роль изолятора. Изоляция будет препятствовать протеканию тока в почву. Искусственный заземлитель должен иметь естественный цвет.
3. Окраске подлежат сварочные швы (соединения проводников). Окрашиваются битумной краской, предотвращается преждевременное разрушение соединительных элементов.
4. Нестандартные (уменьшенные) значения электродов применяются исключительно при установке временных электроустановок.

Оптимальным выбором материала заземлителя считается круглая арматура. Обоснование такого приоритета:

1. Минимальный расход металла. Следовательно, снижается себестоимость заземляющего устройства.
2. Коррозионная стойкость у такого электрода значительно выше, чем у его аналогов.
3. Легкость монтажа.

Помимо профильных требований, существует рекомендационная стандартизация параметров (размеров) материала, используемого для создания искусственного заземляющего элемента.

Как подбираются размеры искусственных электродов

Все параметры основной конфигурации проводников в обязательном порядке должны соответствовать нормативным требованиям профильной документации, в частности ГОСТ Р 50571.5. 54-2013.

Основные аспекты:

1. Стальной прут в диаметре должен быть свыше 10 мм.
2. Оцинкованный арматурный стержень должен иметь диаметр 6 мм и больше.
3. Соблюдение толщины стенок в уголках — свыше 4 мм.
4. Молниезащитные заземлители применяются с сечением свыше 155 мм².
5. Стенки отбракованных труб монтируются с толщиной свыше 3,5 мм.
6. Толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5 мм.

Правильно подобранные материалы и размеры электродов, применение оптимальной вариации производства такого электромонтажа — основные рабочие моменты заземления, которые влияют на качество работы заземлителя.

Искусственный электрод обладает важным эксплуатационным преимуществом, обусловленным принципом монтажа. Такой вид чаще монтируется глубоко в грунт. За счет грунтовых вод уменьшается показатель удельного сопротивления материала. Итог — реализация оптимальной характеристики и стабильности конечного сопротивления заземлителя.

Искусственный заземлитель: виды, функции, требования и установка

УЗО: организация защитного заземления

Если схема электроснабжения загородного дома не предусматривает централизованной системы защитного заземления, то владельцу коттеджа придется позаботиться о нем самостоятельно. Что такое заземлитель и УЗО, в каких случаях без них не обойтись?

На фото:

Зачем нужно заземление?

Обязательное требование, указанное в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Без заземления при контакте с корпусом любого бытового прибора вас может ударить током. Кроме того, заземление сводит к минимуму помехи, возникающие в электросети, из-за которых приборы выходят из строя. Заземление также снижает уровень вредного электромагнитного излучения, исходящего от приборов.

Также читайте по теме:

Схемы, когда ничего делать не надо:

TN-S и TN-C-S. Эти две схемы электроснабжения используют в современных коттеджных поселках. В обоих случаях система защитного заземления является централизованной, и домовладельцу не нужно предпринимать никаких дополнительных мер в этом плане, кроме установки узо.

• В схеме TN-S от трансформаторной будки к дому прокладывается пять проводов: три фазовых (L), рабочий нулевой (N) и защитный нулевой (PE, защитное заземление).
• В схеме TN-C-S, упрощенной, рабочий и защитный нулевой провода объединены в одном проводнике, называемом PEN. В остальном указанные схемы полностью идентичны.

Схемы, когда заземление придется делать:

TN и TN-C – устаревшие схемы, по которым осуществляется электроснабжение домов в некоторых поселениях. В этих схемах используются два (при однофазном вводе) или четыре (при трехфазном вводе) провода, то есть либо один, либо три фазовых провода плюс рабочий нулевой. Таким образом, защитное заземление здесь изначально не предусмотрено. И значит, владельцу дома придется самостоятельно организовать эту защиту.

Структура защитного заземления

Заземлитель и электропровод от щитка. К некой металлической конструкции (заземлителю), надежно вкопанной в землю, при помощи сварки или прочного резьбового соединения крепится электрический провод. Другим концом он подсоединяется к распределительному щитку на вводе электроэнергии в дом. Далее нулевой защитный провод (PE) разводится внутри дома ко всем точкам подключения электроприборов – розеткам и колодкам. 

Почему для заземления нельзя использовать общие поселковые коммуникации? Превращать в заземлитель трубы центрального отопления или канализации запрещено. Во-первых, достоверно не известно, заземлены ли они сами по себе, а во-вторых, в них могут присутствовать вставки из материалов, не проводящих электрический ток (например, из пластика). Кроме того, трубопровод может не соответствовать требованиям относительно общего электрического сопротивления системы (оно должно быть не выше 30 Ом при суммарной мощности ввода до 100 кВт; эту величину можно проконтролировать при помощи обычного бытового омметра).

Заземляющее устройство

Уже существующие металлоконструкции. ПУЭ предписывают использовать их в первую очередь. Это могут быть: железобетонный фундамент дома, стальные части колодца или скважины либо пролегающий под землей трубопровод. Если использование имеющихся металлоконструкций невозможно, необходимо создать так называемый искусственный заземлитель.

Искусственный заземлитель. Его должен выбирать специалист, исходя из суммарной мощности ввода, схемы электроснабжения, состава почвы и множества других факторов. В простейшем случае заземлитель состоит из трех металлических электродов, которые вбивают или вкапывают в землю по углам равностороннего треугольника со стороной 3 м и соединяют между собой металлической полосой с сечением не менее 120 мм2.

Материал для электродов Рекомендуется черная либо оцинкованная сталь. Кроме того, можно использовать и стальные электроды с электролитическим медным покрытием, и даже выполненные из чистой меди. Последняя значительно снижает электрическое сопротивление заземлителя, повышая эффективность работы системы, однако конструкции с применением меди и стоят намного дороже.

Размещение и площадь поверхности заземлителя. Конструкция должна уходить вглубь ниже уровня промерзания почвы (для средней полосы России это 1,7 м). Необходимая площадь поверхности электродов зависит в первую очередь от токопроводящих характеристик грунта в данной местности. Проще говоря, если общее электрическое сопротивление системы защитного заземления составляет более 30 Ом, то поверхность соприкосновения заземлителя с почвой следует увеличить за счет изменения размеров его частей. В более сложных случаях металлоконструкция выполняется в форме прямоугольника, с несколькими парами электродов. К ней предъявляются все те же требования, что и к треугольной.

Заземление и УЗО

Что такое УЗО? Устройство защитного отключения.  Именно УЗО в сочетании с заземлением обеспечивает более эффективную безопасность человека, защищая его от удара током, а дом от пожара. Это касается также и электропитания по современным схемам ТN-S и ТN-С-S.

Как оно работает?  Устройство отслеживает утечку тока, возникающую при прикосновении человека к электропроводу, при повреждении изоляции и т. п. При возникновении такой утечки оно мгновенно отключает электроснабжение. Наиболее распространены УЗО с током отсечки 10 мА, 30 мА и 300 мА. При этом в жилых и общественных помещениях, как правило, применяются УЗО с током отсечки 30 мА.

Как работают заземляющие электроды? | VFC Lightning Protection

Заземляющие электроды являются важной частью любой системы заземления . Это метод, который система использует для отвода тока короткого замыкания на землю.

Как электроды помогают в системах заземления

Есть две функции системы заземления, которые сильно зависят от этих электродов. Первый и самый опасный — это снятие большой силы тока разряда молнии с объекта и ее рассеивание на землю (рис. 1).В отличие от типичного электрического повреждения (где источником тока повреждения является источник питания, и этот ток будет возвращаться к тому же источнику питания), ток повреждения от удара молнии пытается добраться до земли в попытке уравновесить потенциал. между землей и небом. Соединяя объект и систему молниезащиты с несколькими заземляющими электродами, мы обеспечиваем путь с низким импедансом для этой силы тока, чтобы добраться до земли.

Рисунок 1: Электрод заземления для молниезащиты

Во-вторых, чтобы обеспечить опорный сигнал нулевой вольт для электрической системы в пределах объекта.Во всех жилых домах трансформатор электросети и первый выключатель обслуживания имеют заземляющие шины, подключенные к заземляющим электродам (рис. 2). Оборудование в здании питается либо от фазы к нейтрали (обслуживаемая нейтраль нагрузка), либо от схемы подключения фаза к фазе. В фазе к нейтральной конфигурации, нейтральный предназначено для обеспечения ссылки на нулевую вольт для напряжения питания правильно. Если система заземляющих электродов не соответствует требованиям, напряжение нейтрали будет выше нуля, а разница напряжений между нейтралью и фазой будет ниже оптимального рабочего напряжения оборудования.

Рисунок 2: Электроды заземления служебного входа

Если бы система заземляющих электродов была идеальной, она имела бы нулевое сопротивление относительно земли. Для каждого ома или его части напряжение на нейтрали будет пропорционально увеличиваться, а уровень напряжения на оборудовании будет пропорционально уменьшаться.

Требования и ограничения к заземляющему электроду

Существует несколько типов электродов, разрешенных для использования в электрических системах.Они перечислены в статье 250 Национального электротехнического кодекса. В основном код говорит, что можно использовать любой заземляющий электрод, указанный для использования в заземлении. Однако код идентифицирует следующие, а также их требования и ограничения для установки :

• Металлическая труба для холодной воды (рис. 4) — необходимо использовать, если имеется, и в сочетании с дополнительным заземляющим электродом
• Заземленная опорная конструкция здания (строительная сталь) — должна быть соединена и может быть электродом, если соблюдены все критерии и в сочетании с дополнительным заземляющим электродом.
• Стержневые, трубные и пластинчатые электроды (рис. 3, 5, 6) — должны обеспечивать показание 25 Ом или меньше, в противном случае требуется 2 электрода.
• Заземляющие кольца (противовесы) — длина 20 футов на глубине 30 дюймов.
• Электроды в бетонном корпусе (Uffer) (Рис. 7) — должны находиться как минимум в 2 дюймах бетона в непосредственном контакте с землей.

Рисунок 3: Приводной стержень заземления

Рисунок 4: Электрод заземления трубы холодной воды

Рисунок 5: Пластина заземления

Рисунок 6: Электролитический (трубный) электрод

Рисунок 7: Электрод в бетонном корпусе

Каждый из этих электродов имеет преимущества в определенных ситуациях и ограничения в других ситуациях, мы будем рады подробно объяснить эти преимущества и ограничения. Пожалуйста, свяжитесь с [email protected] для получения дополнительной информации.

Типы электродов

Часто эти стержни ударяются о камень и фактически разворачиваются сами по себе и всплывают на несколько футов от места установки.

Поскольку длина приводных штанг составляет от 8 до 10 футов, для достижения верха штанги часто требуется лестница, что может стать проблемой для безопасности. Многие падения произошли в результате того, что персонал пытался буквально «вбить» эти стержни в землю, когда они висели на лестнице на высоте многих футов над землей.

Национальный электрический кодекс (NEC) требует, чтобы длина приводных штанг была не менее 8 футов, а длина 8 футов должна находиться в непосредственном контакте с почвой. Обычно перед установкой забивной штанги используется лопата, чтобы закопать землю на 18 дюймов. Наиболее распространенные стержни, используемые коммерческими и промышленными подрядчиками, имеют длину 10 футов. Эта минимальная длина требуется во многих промышленных спецификациях.

Распространенное заблуждение состоит в том, что медное покрытие на стандартный ведомый стержень было нанесено по электрическим причинам.Хотя медь, безусловно, является проводящим материалом, ее реальное назначение на стержне — обеспечить защиту от коррозии стали, находящейся под ним. Может возникнуть множество проблем с коррозией, потому что медь не всегда является лучшим выбором для защиты от коррозии. Следует отметить, что оцинкованные ведомые стержни были разработаны для решения проблемы коррозии, которую представляет медь, и во многих случаях являются лучшим выбором для продления срока службы заземляющего стержня и систем заземления. Вообще говоря, оцинкованные стержни являются лучшим выбором для сред с высоким содержанием соли.

Дополнительным недостатком ведомого стержня, плакированного медью, является то, что медь и сталь являются двумя разными металлами. При наложении электрического тока происходит электролиз. Кроме того, вбивание стержня в почву может повредить медную оболочку, позволяя коррозионным элементам в почве воздействовать на оголенную сталь и еще больше сокращать срок службы стержня. Окружающая среда, старение, температура и влажность также легко влияют на приводные штанги, что дает им средний срок службы от пяти до 15 лет в хороших почвенных условиях.Ведомые штанги также имеют очень небольшую площадь поверхности, что не всегда способствует хорошему контакту с почвой. Это особенно верно в каменистых почвах, в которых стержень будет касаться только краев окружающей скалы.

Хорошим примером этого является представление забитого стержня, окруженного большими шариками. Фактический контакт между шариками и ведомым стержнем будет очень малым. Из-за этого небольшого контакта поверхности с окружающей почвой сопротивление стержня относительно земли будет увеличиваться, что приведет к снижению проводимости и ограничению его способности справляться с сильноточными замыканиями.

Шокирующая правда о заземляющих проводниках электродов

Выполняли ли вы какие-либо работы по обслуживанию в последнее время и заметили искру, когда вы подключаете или повторно подключаете провод заземляющего электрода к заземляющему стержню того, что, казалось, было совершенно нормальным электрическим оборудованием? Вы когда-нибудь отсоединяли провод заземляющего электрода от водопровода и получали удар током? Вы когда-нибудь замечали искрение или искрение на незакрепленном проводе заземляющего электрода в хозяйственной постройке, который подключен к отдельному заземляющему стержню? Если вы ответили «да» на любой из этих вопросов, скорее всего, причина в токах в проводе заземляющего электрода.

Хотя электрики часто связывают эти явления с «фантомными» токами или каким-то загадочным фазовым дисбалансом, причиной этого обычно является совсем другой источник. Часто проводники заземляющего электрода регулярно пропускают ток. Многие электрики предполагают, что ток в проводе заземляющего электрода может быть только во время неисправности. Это предположение обычно основывается на определениях, представленных в ст. 250 NEC, в частности, толкования и неправильные толкования 250.2.

Требования 250.2 говорят нам, что эффективный путь тока замыкания на землю — это: «Преднамеренно построенный, постоянный, электропроводящий путь с низким импедансом, спроектированный и предназначенный для передачи тока в условиях замыкания на землю от точки замыкания на землю в системе электропроводки. к источнику электропитания, что облегчает работу устройства защиты от сверхтоков или детекторов замыкания на землю в системах с заземлением с высоким сопротивлением ».

Хотя этот раздел Кодекса четко описывает функцию надлежащего соединения, особенно для низковольтных систем, использование слова «земля» в определении иногда создает впечатление, что провод заземляющего электрода является частью пути устранения неисправностей, и что токи носят временный характер, продолжаются только до тех пор, пока устройство защиты от сверхтока не размыкает цепь. Исходя из этого предположения и на основании этой неправильной интерпретации, многие электрики предполагают, что в правильно функционирующей электрической системе токи в проводниках заземляющих электродов присутствуют только во время неисправностей — и только в течение очень короткого времени. Хотя дальнейшее изучение 250,4 (A) (5) должно прояснить, что землю не следует рассматривать как эффективный путь тока замыкания на землю, заблуждения сохраняются.

Корпус открытой нейтрали. В правильно функционирующей электрической системе нейтральный проводник несет ток дисбаланса системы.Для однофазной системы дисбаланс — это разница между токами в двух «горячих» ветвях трансформатора. Для 3-фазной системы ток нейтрали — это дисбаланс между всеми тремя горячими фазами. Чтобы прояснить этот момент, давайте рассмотрим пример, начав с обзора однофазной системы на 120/240 В.

Неуравновешенность токов должна вернуться через нейтральный провод обратно к трансформатору. Но если эта нейтраль разомкнута, ток дисбаланса будет искать другие пути, чтобы вернуться к нейтрали трансформатора. На главном сервисе нейтраль и земля подключаются через главную перемычку. Если путь заземления имеет достаточно низкое сопротивление, он может оказаться удовлетворительным обратным путем, и ток дисбаланса пройдет через основную перемычку заземления в заземляющий электрод. Поскольку нейтраль трансформатора заземлена в электросети, и поскольку основная перемычка соединяет нейтраль и заземляющий провод в рабочем состоянии, в соответствии с требованиями NEC, путь заземления обеспечивает полный возврат тока дисбаланса.

Часто первым ключом к поиску открытой нейтрали в вашей системе является измерение разности потенциалов при различных нагрузках в здании. При отсутствии нейтрального проводника (или обратного пути с высоким сопротивлением) ток дисбаланса не может вернуться обратно к источнику. Когда нейтраль разомкнута и обратного пути нет, вся система становится системой серии 240 В. В случае разомкнутой нейтрали, когда путь заземления имеет высокое сопротивление, разомкнутая нейтраль становится очевидной как разность напряжений между фазами. В случае открытой нейтрали с заземлением с низким сопротивлением открытая нейтраль может никогда не быть обнаружена. Токи могут продолжать идти по этому пути в течение многих лет, пока ничего не подозревающий человек не откроет цепь заземления, потенциально подвергая его опасности.

Как правило, во время проекта модернизации службы вы, вероятно, отключите старый провод заземляющего электрода и замените его новым проводом, размер которого соответствует обновленным требованиям и новым требованиям к допустимой нагрузке. Вы также можете отсоединить провод заземляющего электрода во время обычных ремонтных работ или технического обслуживания электрической системы.Именно на этом этапе рабочего процесса вы можете подвергнуться опасному или потенциально смертельному удару ( Рис. 1 на странице C14).

Путь наименьшего сопротивления. Все мы, работающие в электротехнической промышленности, привыкли к фразе «ток проходит по пути наименьшего сопротивления». Но так ли это на самом деле? Некоторые люди приходят к выводу, что при наличии нескольких путей прохождения тока, ток только протекает по пути наименьшего сопротивления. Однако более точное описание тока, протекающего обратно к источнику, заключается в том, что большая часть тока протекает по пути наименьшего сопротивления, а меньший ток течет по путям с более высоким сопротивлением ( Рис. 2 на странице C16). Учитывая несколько путей обратно к источнику, ток будет течь по всем путям, чтобы достичь места назначения, при этом большая часть тока протекает по пути наименьшего сопротивления.

Практически каждая электрическая система имеет несколько заземляющих электродов; заземляющие стержни, водопроводные трубы, строительная сталь и т. д., с проводником заземляющего электрода к каждому. Служба с несколькими проводниками заземляющего электрода, которые имеют более высокое сопротивление на одном из проводов и небольшой или нулевой измеряемый ток в нем, может все еще иметь значительный ток в других проводниках заземляющего электрода. Следовательно, измерение тока в проводе, идущем к заземляющему стержню, и подтверждение его безопасности не означает, что есть безопасный уровень тока в проводе, идущем к водопроводу.

Проблема вашего соседа теперь ваша проблема. Давайте посмотрим на другой пример. На этот раз вы работаете в здании или в доме, и вы уверены, что все в порядке. Смотришь на проводников служебного входа — разрывов не видишь. Все в хорошем состоянии, включая нейтральный провод и все соединения нейтрали. Вы убеждены, что, поскольку не было жалоб на колебания напряжения или какие-либо другие признаки разомкнутой нейтрали, то проблемы с нейтралью в этом здании не существует.Вы даже доходите до измерения тока в нейтрали и убеждаете себя, что, поскольку в нейтральном проводе есть ток, не может быть открытой нейтрали. Это позволяет вам не бояться открыть проводники заземляющего электрода. Это безопасное предположение?

Даже если в здании, над которым вы работаете, может быть полностью непрерывная нейтраль, обратная к трансформатору, в соседнем доме или в здании где-то поблизости может быть открытая нейтраль. Если между зданием, в котором вы работаете, и зданием с разомкнутой нейтралью есть какой-то токопроводящий путь, ток может вернуться через этот путь. Металлическая водопроводная труба — хороший пример такого соединения. Ток может проходить «вверх» через заземляющий стержень или водопроводную трубу в здание, над которым вы работаете, из-за открытой нейтрали в соседнем здании. Рисунок 3 на странице C16 иллюстрирует это состояние. Металлическая водопроводная труба, обычная для зданий, имеет такое низкое сопротивление, что в здании с открытой нейтралью может не быть очевидным наличие проблемы. Ток выходит из здания с открытой нейтралью по металлическим трубам и возвращается обратно через проводники заземляющих электродов в вашем здании.Любой заземленный токопроводящий путь между зданиями может служить обратным путем для тока в здании с открытой нейтралью.

Заземленная коаксиальная оплетка в оболочке кабельного телевидения может также служить в качестве пути возврата тока дисбаланса нейтрали из здания с открытой нейтралью ( Рис. 4 ). Системы кабельного телевидения должны быть заземлены при входе в помещения согласно ст. 680 NEC. Поскольку соединительные блоки кабельного телевидения обычно заземляются непосредственно на те же заземляющие электроды, которые использует электрическая служба (или у них есть свой собственный отдельный заземляющий электрод, и этот электрод соединяется с заземляющим электродом электрической системы), это может стать обратным путем.Однако такая ситуация встречается довольно редко, так как обратный ток приводит к пережиганию коаксиального кабеля). Тем не менее, он все еще может существовать и создавать опасность.

Ток идет или уходит? Итак, теперь вы убедились, что в проводнике заземляющего электрода может протекать ток. В следующий раз, когда вы будете на работе, с помощью амперметра измерьте ток в заземляющем электрическом проводе, прежде чем размыкать это соединение. Если вы измеряете ток, как узнать, происходит ли это из-за того, что ток идет «вниз» в землю в этом здании, или ток идет вверх через провод заземляющего электрода в вашем здании и возвращается обратно к источнику через нейтраль?

К сожалению, установка амперметра на проводник только докажет, что в проводнике течет ток. Он не сообщает вам направление этого течения. Вы должны использовать закон Кирхгофа, чтобы определить направление тока. Закон Кирхгофа гласит, что все токи, входящие в соединение, равны токам, выходящим из соединения. Проще говоря, все токи должны уравновешиваться. Давайте рассмотрим пару примеров для пояснения.

Пример № 1. Вы работаете с однофазной сетью на 120/240 В. Вы измеряете 11А в черном проводе на главной сервисной панели. Вы измеряете 5А в красном проводе на главной сервисной панели.В однофазной сети ток нейтрали — это разница между двумя ножками трансформатора, которая в данном случае составляет 6 А. Следовательно, если вы измеряете 6 А в проводе заземляющего электрода и 0 А в нейтральном служебном входном проводе, вы можете быть относительно уверены, что нейтраль разомкнута, и ваше здание сбрасывает ток в альтернативный обратный путь (то есть в заземляющий электрод).

Пример № 2. Вы работаете с однофазной сетью на 120/240 В. Вы измеряете 11А в черном проводе на главной сервисной панели. Вы измеряете 5А в красном проводе на главной сервисной панели. Как и в первом примере, ток нейтрали будет разницей между двумя ножками трансформатора, которая составляет 6А. Однако на этот раз вы измеряете 8А в проводе заземляющего электрода. Как это может быть? Может ли система, над которой вы работаете, сбросить в землю больше тока, чем ток дисбаланса системы? Есть ли дополнительный фантомный ток 2А? Когда вы измеряете ток в нейтрали, вы обнаруживаете 14 А.Теперь вы действительно запутались. Применяя закон Кирхгофа к схеме, вы быстро понимаете, что 6А дисбаланса тока от системы, над которой вы работаете, объединяются с 8А, поступающим в эту систему откуда-то еще.

Заключительные мысли. Нейтральный ток вернется к своему источнику любым возможным способом. Этот обратный путь может проходить через проводник или соединение, которое вам может показаться маловероятным, например провод заземляющего электрода.

Поскольку электрические сети в некоторых районах страны устарели — и вероятность наличия открытой нейтрали более вероятна, а также в районах с высокой плотностью населения, где может существовать хотя бы одна открытая нейтраль, — токи нейтрали ищут пути возврата через то, что можно рассматривать нетрадиционные средства становятся более вероятными. В любом и во всех случаях опасность поражения электрическим током может существовать со всеми электрическими проводниками, включая проводники заземляющих электродов.

Осолинец — частный инженер-консультант из Уоррена, штат Нью-Джерси. Он имеет лицензию профессионального инженера и электрического подрядчика в штате Нью-Джерси.

На что следует обратить внимание

• Никогда не предполагайте, что провод заземляющего электрода «мертв», иначе это может быть так.

• Отсутствие тока в одном из проводов заземляющего электрода не означает, что где-то в системе отсутствует ток заземляющего электрода.Обработайте все точки подключения заземляющих электродов индивидуально.

• Всегда предполагайте, что провод заземляющего электрода «горячий», и обращайтесь с ним как с таковым, пока не будет доказано обратное.

• Даже если система, над которой вы работаете, может функционировать правильно и иметь хорошую нейтраль, опасное состояние все же может существовать, если в соседнем здании есть открытая нейтраль.

• Даже если главный автоматический выключатель в здании, в котором вы работаете, разомкнут, до тех пор, пока нейтраль обеспечивает путь для этого несбалансированного тока, ток может течь вверх через заземляющие электроды и обратно через нейтраль.

• Ток может поступать в систему, над которой вы работаете, из локальной неисправной системы.

• Нейтраль в здании, над которым вы работаете, рассчитана на собственную службу, а не на дополнительный ток от другой службы. Если в соседнем здании есть обрыв или неисправная нейтраль, это может повлиять на систему, над которой вы работаете.

Делаем загадки заземляющими электродами — журнал IAEI

Время чтения: 12 минут

При выборе заземляющего электрода для установки важно учитывать уровень защиты, необходимый для данного применения, и расчетный срок службы здания.Простого соблюдения требований национального электротехнического кодекса не всегда достаточно.

Требования к заземлению электрической системы

Рисунок 1. Заземляющие соединения системы в служебных или отдельно производных системах

В системах распределения электроэнергии обычно требуется, чтобы один из проводов был заземлен или жестко соединен с землей (нейтраль в системе WYE). Проектировщик коммерческих или промышленных установок, как правило, является профессиональным инженером, который принимает во внимание требования различных систем здания (электроснабжение, телекоммуникации, противопожарная защита, безопасность, управление энергопотреблением и защита от молний) для правильной системы заземления.Многие небольшие коммерческие установки и практически все жилые установки не имеют таких сложных систем, и подрядчик по электрике просто выполняет минимальные требования, изложенные в Национальном электротехническом кодексе. Электротехнический подрядчик в основном использует Кодекс как руководство по проектированию из-за отсутствия других указаний, поскольку на этих установках редко есть чертежи, подготовленные профессиональными инженерами. Разделы по заземлению Национального электротехнического кодекса не пытаются объяснить необходимость заземления электрических систем и могут быть трудными для понимания.Часто устанавливаются системы заземления, соответствующие стандарту NEC , но совершенно не отвечающие нормам работы электрической системы в течение расчетного срока службы здания.

Из NEC 2005 года:
90,1 (B) Адекватность. Этот Кодекс содержит положения, которые считаются необходимыми для обеспечения безопасности. Их соблюдение и надлежащее обслуживание приведут к установке, которая практически не опасна, но не обязательно будет эффективной, удобной или адекватной для хорошего обслуживания или будущего расширения использования электричества.

90,1 (C) Намерение. Этот Кодекс не предназначен в качестве проектной спецификации или инструкции для неподготовленных лиц.

Заземление по сравнению с заземляющим проводом

Рис. 2. Заземленный провод должен быть проложен к каждому кожуху средств отключения

.

Нейтральный проводник в электрических системах переменного тока не только несет несимметричную нагрузку фазных проводов обратно к источнику тока, но также ограничивает перенапряжения в системе во время переходных процессов, ограничивает напряжение относительно земли во время нормальной работы системы и облегчает работу устройства избыточной защиты при замыкании на землю в одном из фазных проводов.Нейтральная точка трехфазного трансформатора WYE полезности в соединен с землей, чтобы установить заземление, что делает этот момент тот же потенциал, что и земли. Этот проводник, обычно называемый «нейтралью», в NEC называется «заземленным» проводником. Он соединен с землей, чтобы гарантировать отсутствие разности потенциалов между проводником и землей (для личной безопасности) и для обеспечения работы реле и цепи управления в случае неисправности системы. Если нейтральная точка получена (как в конфигурации WYE), когда электросеть преобразует напряжение и ток с помощью нескольких трансформаторов, эта точка надежно соединена с землей. Коммунальные предприятия продолжают подключать свою систему к земле с помощью заземляющих стержней вдоль своих систем передачи и распределения и очень сложных заземляющих сетей на подстанциях, которые могут выдерживать несколько тысяч ампер в условиях неисправности. Важно понимать, что земля не является местом назначения токов короткого замыкания, создаваемых системными событиями. Функции заземления электрической системы используются для обеспечения пути с очень низким импедансом для переходных токов, чтобы найти нейтраль источника. Генерируемые системой электрические токи не имеют тенденции «течь» на землю; земля — ​​плохой проводник.

Иная ситуация для токов, генерируемых «несистемными». В этом контексте токи, не генерируемые системой, вызываются силами вне генерируемой энергосистемы, такими как молния. Очевидно, что эти токи имеют целью землю и очень хотят течь в землю. Большинство систем заземления инженерных сетей спроектированы таким образом, чтобы позволить этому току течь непосредственно в землю и избегать их проводников (статические провода на линиях передачи используются в основном для защиты от молний). Токи, генерируемые молнией, не стремятся к нейтральной точке генерируемой системы и будут делать это только как проводник, чтобы добраться до земли, вызывая много разрушения на своем пути.

Системные требования молниезащиты

Для систем молниезащиты требуется заземление с очень низким сопротивлением, которое предназначено для безопасного отвода тока на землю. Эти заземления должны быть связаны с системой заземляющих электродов электрической системы, но могут иметь другое предназначение.Большинство крупных коммерческих и промышленных зданий и телекоммуникационных объектов имеют заземляющее кольцо или противовес вокруг здания, которое обеспечивает отличное заземление и низкий импеданс для системы молниезащиты. Большинство зданий не имеют таких сложных систем заземления, но устанавливаются в соответствии с требованиями Национального электротехнического кодекса.

Фото 1. Типовое заземление молниезащиты и соединение с землей электрической системы

NEC требует, чтобы нейтраль электрических систем была заземлена или электрически контактировала с землей. В разделе 250 описаны требования к этой системе заземляющих электродов и описаны части здания, которые могут быть минимально эффективной системой. Система заземляющих электродов не ограничивается подключением нейтрали (или заземленного проводника) к земле. Он также обеспечивает путь с низким импедансом для неисправностей, вызванных непреднамеренным контактом между проводником под напряжением (или, как описывает NEC, незаземленным) проводником и шкафом с оборудованием, конструкцией здания или другими механическими системами здания.При правильном выполнении требования раздела 250 обеспечат безопасную первоначальную установку, но следует подчеркнуть, что эти требования минимальны и не учитывают расчетный срок службы.

Рисунок 4. Основная перемычка (винтовая)

Что такое система заземляющих электродов?

Системы электродов заземления для здания состоит из заземляющих электродов, которые предназначены, чтобы сделать хорошее электрическое соединение с землей, чтобы обеспечить опорный сигнал с низким сопротивлением. [Электроды включают все типы, а не только стержневые. Стержень не является электродом, пока он не установлен в землю.] Помните, что никакой ток не стремится к земле как к месту назначения, а только как к временному проводнику, чтобы добраться до места назначения — нейтральной точки системы. Критические компоненты здания должны быть электрически соединены с нейтралью, чтобы проводить токи короткого замыкания, чтобы устройства защиты от сверхтоков работали быстро и безопасно. Все эти части должны быть прочно электрически соединены (или, как сказано в Кодексе, «соединены вместе»), чтобы гарантировать, что они имеют тот же потенциал, что и земля, и минимизировать вероятность того, что металлическая часть конструкции может нести линейное напряжение и позволить потенциально смертельному току течь через человека на землю.

Фото 2. 5/8 ″ оцинкованный заземляющий электрод, эксгумированный через девять лет на испытательном полигоне в округе Кларк, штат Невада.

Часть заземляющего соединения системы заземляющих электродов изначально была сделана путем необходимого подключения системы заземления к подземной металлической водопроводной трубе. Муниципальные системы водоснабжения были построены из нескольких миль металлических труб и служили отличным ориентиром для земли. Но по мере того, как все больше и больше неметаллических труб вводилось в системы водоснабжения, муниципальные водопроводные трубы становились ненадежными в качестве ориентира для заземления, и Кодекс начал требовать дополнительных электродов для обеспечения этого соединения с землей.Заземляющие стержни, пластины, кольца и электроды в бетоне являются примерами дополнительных электродов, которым было разрешено усилить соединение с водопроводной трубой, которое теперь рассматривается как сомнительное заземление.

В 2005 году в стандарте NEC уточнены соединения, которые будут использоваться в новом строительстве в качестве дополнительных соединений к арматурному стержню, которые используются как часть бетонной конструкции здания. Его обычно называют электродом в бетонном корпусе (или Ufer-заземлением), и он обеспечивает отличное заземление, но может быть неадекватным для «несистемных» событий, таких как молния, особенно если любое повреждение вызвано сколом бетона. может привести к снижению структурной целостности бетона.Стержни, пластины и кольца также обеспечивают отличное заземление и могут обеспечить защиту, не опасаясь повреждения конструкции. Нам известно об отсутствии задокументированных случаев повреждения фундаментов или фундаментов зданий в результате грозовых разрядов. В документе IEEE под названием «Импульсный и переменный ток на заземляющих электродах в почвенной среде» сообщается, что результаты испытаний выявили повреждения от приложенных напряжений и уровней тока. Следует отметить, что Кодекс признает использование стержневых, пластинчатых электродов и электродов в бетонном корпусе в качестве заземления, а не путей возврата при коротком замыкании, поскольку проводники, необходимые для соединения этих электродов, могут быть намного меньше проводников, используемых для подключения строительные стальные и водопроводные или газовые системы.Обратите внимание: металлические подземные газовые трубопроводы не разрешается использовать в качестве системы заземляющих электродов, но открытая система газовых трубопроводов, которая может быть под напряжением, должна быть связана с системой заземления. Проще говоря, проводники, используемые для заземления, не должны пропускать токи повреждения, но проводники, идущие к строительной стали или трубопроводным системам, могут нести токи повреждения. Провод, идущий к заземляющему стержню, не обязательно должен быть больше, чем CU 6 AWG, тогда как провод, идущий к строительной стали, может легко быть больше, чем CU 3/0 AWG.

(A) Соединения со стержневыми, трубными или пластинчатыми электродами. Если провод заземляющего электрода соединен со стержневыми, трубными или пластинчатыми электродами, как это разрешено в 250.52 (A) (5) или (A) (6), та часть проводника, которая является единственным соединением с заземляющим электродом, не должна быть должен быть больше, чем медный провод 6 AWG или алюминиевый провод 4 AWG.

(B) Соединения с электродами в бетонном корпусе. Если провод заземляющего электрода соединен с электродом в бетонном корпусе, как разрешено в 250.52 (A) (3), не требуется, чтобы длина той части проводника, которая является единственным соединением с заземляющим электродом, превышала медный провод 4 AWG.

(C) Подключение к заземляющим кольцам. Если провод заземляющего электрода соединен с заземляющим кольцом, как это разрешено в 250.52 (A) (4), то часть проводника, которая является единственным соединением с заземляющим электродом, не должна быть больше, чем провод, используемый для заземления. кольцо.

Прочие элементы системы заземляющих электродов

Стержневые заземляющие электроды

Фото 3.5/8 ″ медный гальванический заземляющий электрод, эксгумированный через девять лет на испытательном полигоне в округе Кларк, штат Невада,

NEC имеет непонятное описание стержневых и трубчатых электродов, что позволяет считать полностью неподходящие материалы соответствующими этому разделу кодекса. В разделе 250.52 (A) (5) говорится:

(5) Стержневые и трубчатые электроды. Стержневые и трубчатые электроды не должны быть меньше 2,5 м (8 футов) и должны состоять из следующих материалов:

(a) Электроды трубы или кабелепровода не должны быть меньше метрического обозначения 21 (торговый размер 3/4) и, если они изготовлены из железа или стали, должны иметь внешнюю поверхность оцинкованной или иного металлического покрытия для защиты от коррозии.

(b) Электроды из стержней из железа или стали должны иметь диаметр не менее 15,87 мм (5/8 дюйма). Стержни из нержавеющей стали диаметром менее 16 мм (5/8 дюйма), стержни из цветных металлов или их эквиваленты должны быть указаны в списке и должны быть не менее 13 мм (1/2 дюйма) в диаметре.

Эта секция, кажется, допускает 3/4 ″ EMT в качестве заземляющего электрода, но этот материал может разрушиться в результате коррозии за очень короткое время, если предположить, что он может попасть в землю. Следует понимать, что электрические металлические трубы не являются электрическими кабелепроводами или трубами, упомянутыми в этом разделе.В Кодексе проводится различие между трубами и трубами в статьях 342, 344 и 358 (см. Определение и технические требования к конструкции для каждого канала или трубки, как предусмотрено в этих статьях). В этом разделе также помещаются стержни заземления с гальваническим покрытием из меди в раздел, называемый «стержни из цветных металлов или их эквиваленты». Прутки с гальваническим покрытием из меди на 90% состоят из стали и не являются «цветными».

В отличие от других разделов Кодекса не требуется указывать электрод стержневого типа для целей использования.Если установщик хочет использовать стержень размером менее 5/8 ″, стержень из нержавеющей стали, стержень из цветного металла или аналогичный стержень, допускается использование указанного стержня. Спецификация листинга для этих электродов — UL 467, который четко определяет толщину нержавеющей стали и меди на твердом стержневом электроде, но не описывает требования к толщине оцинкованных стержней, которые недавно были включены в этот стандарт. По состоянию на январь 2006 г. контролирующая спецификация NEMA для стержней — NEMA GR1 2005 — требует, чтобы оцинкованные стержни имели диаметр не менее 5/8 ″.Таким образом, технически оцинкованные стержни менее 5/8 ″ не соответствуют этому стандарту, но имеют список UL.

В этом разделе NEC не указан электрод, который будет обеспечивать постоянное соединение с землей в течение предполагаемого срока службы электрической системы. Согласно нормам NEC, использование отрезка EMT 3/4 дюйма не будет считаться приемлемым заземляющим электродом. Использование оцинкованного стержня размером менее 5/8 дюйма, внесенного в список UL, будет считаться соответствующим стандартам NEC, но этот стержень не соответствует принятым в отрасли требованиям NEMA.

Хорошее заземление необходимо для правильной работы электрических устройств и важно для обеспечения безопасной электрической системы. Установив «соответствующий нормам» заземляющий стержень, который подвержен коррозии в части здания, подрядчик может непреднамеренно создать некоторые очень серьезные проблемы после того, как он завершит установку. Наземная система, которая первоначально имела 25 Ом или менее может не иметь никаких ссылок на землю в 10 лет или менее с полностью совместимой первоначальной установкой.

Наилучший способ обеспечить долговременную функциональность заземляющего электрода — системы заземления — это рассмотреть конструкцию заземляющего стержня и рассмотреть элементы конструкции, которые обеспечивают максимально длительный срок службы для обеспечения заземления с низким сопротивлением.

Исследование ресурса стержневых заземляющих электродов

Стержни заземления могут быть изготовлены из стали без покрытия, если их диаметр равен или превышает 5/8 ″. Это требование к диаметру учитывает механическую жесткость установки, а также массу, чтобы учесть износ из-за коррозионного воздействия; заземляющему стержню, который начинается с 5/8 дюйма, потребуется больше времени для коррозии, чем у стержня, который начинается с 1/2 дюйма.

Очень распространенное заблуждение, что гальваническое покрытие медью стержня используется для увеличения проводимости. Это не так. Сопротивление земли по сравнению с сопротивлением самого стержня делает повышение проводимости медного покрытия незначительным. В медных стержнях с гальваническим покрытием используются свойства меди по предотвращению коррозии, что позволяет продлить срок службы электрода на 30 лет в большинстве типов почв. Устойчивость к коррозии позволяет прутку с гальваническим покрытием иметь меньший диаметр, чем у гальванизированного или стального эквивалента.Это также относится к стержням из нержавеющей стали, но стоимость нержавеющей стали непомерно высока для использования в повседневных установках. Характеристики коррозионной стойкости стали с медным покрытием были четко продемонстрированы в циркуляре 579 Национального бюро стандартов, озаглавленном «Подземная коррозия». В рамках этого исследования было изучено более 36 000 образцов, испытавших более 300 разновидностей черных, цветных металлов и материалов защитных покрытий на 128 испытательных площадках в США. Исследование показывает, что типичное медное покрытие стали толщиной 10 мил обеспечивает около 40 лет службы по сравнению с 13 годами у типичных 3.Цинковое покрытие толщиной 9 мил на оцинкованном стержне. Результаты этого исследования были дополнительно подтверждены продолжающимся Национальным исследовательским проектом по электрическому заземлению испытаний характеристик заземляющих стержней, первоначально инициированным южным Невадским отделением IAEI. Результаты были окончательными: типичный медный стержень с гальваническим покрытием практически не подвергался коррозии, в то время как большинство оцинкованных стержней демонстрировали серьезный износ и коррозию после 11 лет эксплуатации.

Элементы конструкции системы заземления и функциональные особенности

Код Код неправильно определяет долговременную функциональность соединения системы заземляющих электродов с землей.Начиная с NEC -2005, электрод в бетонном корпусе должен быть частью системы заземляющих электродов. Однако может быть сложно скоординировать установку и проверку этого электрода, поскольку он устанавливается на первом этапе строительства здания, когда нет необходимости в другом электрическом осмотре или нет. Также следует критически изучить использование конструктивных элементов, которые могут быть повреждены электрическими переходными процессами.

Заземление, обеспечиваемое заземляющими стержнями, может обеспечивать заземление с низким сопротивлением.Но здесь Кодекс не подходит как руководство по дизайну. Несмотря на то, что NEC прямо заявляет, что это не руководство по проектированию, оно часто используется в качестве руководства для большинства систем заземляющих электродов. Заземляющие электроды следует выбирать с учетом расчетного срока службы установки: если проект рассчитан на срок службы 40 лет, следует выбрать электрод со сроком службы не менее 40 лет.

Таблица 1. Воспроизведение таблицы NEC 250.66

Если сопротивление между заземляющим стержнем и землей превышает 25 Ом, следует использовать методы снижения этого сопротивления до желаемого уровня.В настоящее время NEC заявляет, что можно использовать еще один заземляющий стержень, независимо от того, значительно ли это улучшает сопротивление заземления. Есть несколько методов, которые можно использовать для уменьшения сопротивления заземления, но после того, как они будут применены, сопротивление заземления следует проверить снова, чтобы убедиться, что усилия по исправлению были успешными.

Таблица 2. NEMA GR1 2005

UL 467 и NEC Article 250 следует прояснить, чтобы устранить некоторые очевидные недостатки и двусмысленности.Пока эти усилия не будут предприняты, подрядчик по электротехнике обязан избегать простой установки в соответствии с минимальными требованиями NEC и устанавливать систему заземления, которая будет обеспечивать обслуживание в течение всего срока службы установки.

NEMA — зарегистрированная торговая марка Национальной ассоциации производителей электрооборудования. NEC является зарегистрированным товарным знаком NFPA, а Национальный электрический кодекс является собственностью Национальной ассоциации противопожарной защиты. UL — зарегистрированная торговая марка Underwriters Laboratories, Inc.

Проводники заземляющих электродов в здании.

Заземляющие электроды необходимо установить и подключить к электросетям, а также к некоторым фидерам или ответвленным цепям в отдельных зданиях, удаленных от службы. Разрешается ли установка заземляющего электрода внутри здания, и если да, то какова допустимая длина заземляющего электрода при его размещении внутри здания?

Раздел 250.4 Национального электротехнического кодекса (NEC) 2002 устанавливает требования к рабочим характеристикам для заземления и соединения как заземленных, так и незаземленных электрических систем.Оставшаяся часть статьи 250 обеспечивает предписывающие методы или, другими словами, фактические методы, необходимые для заземления и соединения электрической системы.

Чтобы понять проблему установки проводника заземляющего электрода внутри здания, необходимо сначала понять назначение и функции заземляющего электрода и проводника заземляющего электрода. Заземляющий электрод должен быть подключен к земле и электрическому оборудованию таким образом, чтобы обеспечить нулевую разность потенциалов между землей и электрическим оборудованием.Эта нулевая разность потенциалов поможет стабилизировать напряжение в электрической системе. Провод заземляющего электрода соединяет заземляющий электрод с электрической системой.

Система заземляющих электродов не только используется для стабилизации напряжения в электрической системе, но и дополнительно используется для ограничения напряжения, вызываемого молнией, скачками напряжения в сети или непреднамеренным контактом с линиями высокого напряжения. Если молния попадает в электрическое оборудование внутри или внутри здания или затрагивает распределительные линии энергокомпании в непосредственной близости от электрической системы в помещении, подключение к заземляющей пластине обеспечит путь к земле для рассеивания тока скачка напряжения в линии и ссылка на землю для высокого напряжения.Обеспечивая нулевую точку отсчета для электрической системы на плоскость земли, окружающей систему будет ограничивать пик высокого напряжения, обеспечивая все, что в непосредственной близости от оборудования будет тем же потенциал. Система заземляющих электродов поможет рассеять высокое напряжение и связанный с ним ток от удара молнии.

В тех случаях, когда электрические проводники воздушной компании проложены от полюса к полюсу, проводники высокого напряжения обычно устанавливаются наверху полюсов, а проводники более низкого напряжения устанавливаются под линиями высокого напряжения.Эти системы с различным напряжением обычно расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы предотвратить случайное прикосновение к двум проводникам системы. Когда ветер, ветки деревьев или другие факторы вызывают соединение между двумя различными системами напряжения, могут возникать скачки напряжения в сети, вызывающие потенциальное повреждение электрического оборудования и электрической системы. Обеспечивая нулевую точку отсчета при подключении электрической системы к устойчивой плоскости земли поможешь смягчить повреждение электрической системы от этих скачков напряжения в сети.

Плоскость заземления, окружающая электрическое оборудование, может быть насыщена электрическим током из-за долговечности скачков, ударов молнии или непреднамеренного контакта с линиями более высокого напряжения в области, в результате чего паразитный ток находит альтернативный путь к земле. Если установлены эти альтернативные пути тока, может возникнуть сильная дуга с потенциалом возгорания, если горючие материалы находятся в непосредственной близости от компонентов дуги. К счастью, большинство ударов молнии, скачков и непреднамеренного контакта с системами более высокого напряжения длятся очень короткие периоды времени.

Раздел 250.64 в 2002 NEC содержит требования к установке проводника заземляющего электрода с информацией о креплении проводника заземляющего электрода к поверхности здания и подробностями по обеспечению физической защиты этого проводника. Заземляющий электрод должен быть установлен на одной непрерывной длине без стыков или стыков, если только он не стыкуется с помощью необратимого соединителя компрессионного типа, указанного для этой цели, или путем экзотермической сварки.

Установив, что основная цель системы заземляющих электродов состоит в обеспечении пути к земле для высоковольтных импульсных токов и ударов молнии, сохранение проводника заземляющего электрода вне здания было бы разумным.Однако NEC не требует прокладки этого проводника за пределами здания.

Например, если электрод в бетонном корпусе был установлен на одной стороне здания, а служба — на другой стороне, электрик может установить неизолированный провод заземляющего электрода вверх по стене здания, через чердак и вниз к сервисное оборудование на другой стороне. В этом случае любой ток от скачков, молнии и непреднамеренного высокого напряжения будет направлен по проводнику заземляющего электрода, подключенному к электросети, через чердак и вниз к земле на дальней стороне здания.Это может создать очень опасную ситуацию с возможностью возгорания и разрушительного напряжения в здании.

Понимание основ систем заземляющих электродов должно способствовать установке проводов заземляющих электродов снаружи здания или в земле вокруг здания, а не внутри, когда это возможно. EC

ODE — младший технический специалист в Underwriters Laboratories Inc., в Research Triangle Park, N.C. С ним можно связаться по телефону 919.549.1726 или [email protected].

Проверка импеданса заземляющего электрода для зданий

Тестеры заземления Fluke Geo теперь предлагаются компанией Fluke

Большинство предприятий имеют заземленные электрические системы, так что в случае удара молнии или перенапряжения в электросети ток найдет безопасный путь к земле . Заземляющий электрод обеспечивает контакт между электрической системой и землей. Чтобы обеспечить надежное соединение с землей, электрические нормы, технические стандарты и местные стандарты часто устанавливают минимальное сопротивление для заземляющего электрода.Международная ассоциация электрических испытаний предписывает проводить испытания заземляющего электрода каждые три года для системы в хорошем состоянии со средним временем безотказной работы.

В этой инструкции по применению более подробно объясняются принципы заземления и безопасности, а затем описываются основные методы тестирования: 3- и 4-полюсное испытание на падение потенциала, выборочное испытание, испытание без стоек и 2-полюсное испытание.

Почему заземление?

Национальный электротехнический кодекс США (NEC) дает две основные причины для заземления объекта.

• Стабилизируйте напряжение относительно земли во время нормальной работы.
• Ограничьте рост напряжения, вызванный молнией, скачками напряжения в сети или непреднамеренным контактом с линиями высокого напряжения.

Ток всегда найдет путь с наименьшим сопротивлением и вернется к своему источнику, будь то сетевой трансформатор, трансформатор на объекте или генератор. Между тем, молния всегда найдет способ добраться до земли.

В случае удара молнии на линиях электроснабжения или в любом месте в непосредственной близости от здания заземляющий электрод с низким импедансом поможет передать энергию в землю.Системы заземления и соединения соединяют землю возле здания с электрической системой и строительной сталью. При ударе молнии объект будет иметь примерно такой же потенциал. Сохранение низкого градиента потенциала минимизирует ущерб.

Если линия среднего напряжения (более 1000 В) вступает в контакт с линией низкого напряжения, на близлежащих объектах может возникнуть резкое перенапряжение. Электрод с низким сопротивлением поможет ограничить повышение напряжения на объекте. Заземление с низким импедансом также может обеспечить обратный путь для переходных процессов, генерируемых электросетью.

Сопротивление заземляющего электрода

Импеданс заземляющего электрода на землю зависит от двух факторов: удельного сопротивления окружающей земли и структуры электрода.

Удельное сопротивление — это свойство любого материала, которое определяет способность материала проводить ток. Удельное сопротивление земли является сложным, поскольку оно:

• Зависит от состава почвы (например, глина, гравий и песок)
• Может меняться даже на небольших расстояниях из-за смеси различных материалов
• Зависит от минерала (e .г. содержание соли)
• Зависит от сжатия и может меняться со временем из-за оседания
• Изменяется в зависимости от температуры, замерзания (и, следовательно, времени года). Удельное сопротивление увеличивается с понижением температуры.
• Может быть вызвано заглубленными металлическими резервуарами, трубами, арматурой и т. Д.
• Зависит от глубины, обычно уменьшается с глубиной

Поскольку удельное сопротивление имеет тенденцию уменьшаться с глубиной, один из способов уменьшить сопротивление заземления — это запустить электрод Глубже. Использование массива стержней, токопроводящего кольца или сетки — другие распространенные способы увеличения эффективной площади электрода.Несколько стержней должны находиться вне «зон влияния» друг друга, чтобы быть наиболее эффективными. Практическое правило — разделять элементы больше, чем их длина. Например: 8-футовые стержни должны быть расположены на расстоянии более 8 футов друг от друга, чтобы быть наиболее эффективными. NEC определяет 25 Ом в качестве допустимого предела импеданса электрода. Стандарт IEEE Standard 142 «Рекомендуемая практика заземления промышленных и коммерческих систем электроснабжения» («Зеленая книга») предлагает сопротивление между основным заземляющим электродом и землей от 1 до 5 Ом для крупных коммерческих или промышленных систем.

Местные органы власти, включая уполномоченный орган (AHJ), и руководители предприятий несут ответственность за определение допустимых пределов импеданса заземляющего электрода.

Примечание. Системы распределения питания выдают переменный ток, а тестеры заземления используют переменный ток для тестирования. Можно подумать, мы будем говорить об импедансе, а не о сопротивлении. Однако на частотах линий электропередачи резистивная составляющая полного сопротивления заземления обычно намного больше, чем реактивная составляющая, поэтому вы увидите, что термины «импеданс» и «сопротивление» используются почти как взаимозаменяемые.

Подробное описание: 3- и 4-полюсного испытания на падение потенциала, выборочного испытания, бесстоечного испытания и 2-полюсного испытания см. В разделе Как использовать тестеры кабеля и заземления на полюсах (.pdf).

Электроды для заземления

Национальный электрический кодекс (NEC) разрешает в некоторых очень ограниченных ситуациях установку незаземленной электрической системы. Но даже здесь, как и во всех электромонтажных работах, требуется заземляющий проводник оборудования для обеспечения непрерывности заземления любых нетоковедущих металлических частей, включая корпуса, арматуру, кабелепровод и так далее.Отсюда следует, что должен быть один или несколько заземляющих электродов. Как правило, не разрешается снимать заземление оборудования с заземленной нейтрали, расположенной за входной панелью.

Заземляющий электрод — это токопроводящий объект, который устанавливает прямое соединение с землей. Эта система заземления может иметь форму одного или нескольких стержней заземления, заземляющей пластины, подземной металлической ватерлинии, заземляющего кольца, арматурного стержня, залитого в бетон, который находится в контакте с землей, или конструкционной строительной стали, которая прочно заземлена.Эти типы заземляющих электродов можно эффективно использовать в комбинации. Несколько устройств можно подключить последовательно, чем больше, тем лучше.

При использовании водопроводной трубы в качестве заземляющего электрода необходимо следить за тем, чтобы пластиковая труба не стыковалась между точкой соединения и заглубленным сегментом.

Дело в том, что если вы просто опустите заземляющий стержень ниже уровня земли, он может иметь полное сопротивление заземления в несколько Ом. Для измерения импеданса заземления с помощью омметра потребуется соседнее известное идеальное заземление, и в этом случае дополнительное заземление не потребуется.Сопротивление заземления можно измерить с помощью специального испытательного оборудования и процедур, но обычно этого не делают.

NEC утверждает, что одиночный стержневой, трубчатый или пластинчатый электрод должен быть дополнен дополнительным заземляющим электродом. Исключением является то, что если одиночный заземляющий электрод имеет сопротивление относительно земли 25 Ом или менее, дополнительный заземляющий электрод не требуется. Вместо того, чтобы проводить это сложное измерение, большинство электриков просто устанавливают второй заземляющий электрод.Обычная установка состоит из двух заземляющих стержней.

Два заземляющих стержня должны находиться на расстоянии более шести футов друг от друга. Это связано с тем, что перекрывающиеся электрические поля мешают друг другу, снижая их эффективность. Рекомендуемая процедура заключается в установке двух или более заземляющих стержней ниже уровня земли, включая заземляющие зажимы и прикрепленный медный провод заземляющего электрода соответствующего размера.