Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических корпусов оборудования с заземляющим устройством. Основная задача системы заземления — снизить напряжение прикосновения до безопасного уровня при повреждении изоляции электроустановок, защищая персонал от поражения электрическим током. Согласно нормам ПУЭ седьмого издания, сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом для электроустановок до 1000 В, что обеспечивает эффективное растекание тока в землю и предотвращает опасные напряжения на открытых проводящих частях.
Назначение и принцип действия защитного заземления
Защитное заземление служит главной мерой электробезопасности в трехфазных сетях с изолированной нейтралью и в установках напряжением выше 1 кВ. При возникновении замыкания фазы на корпус заземленного оборудования, потенциал относительно земли снижается за счет малого сопротивления заземляющего устройства. Ток короткого замыкания распределяется между сопротивлением заземления и сопротивлением человека, стоящего на земле.
Физический принцип работы
Эффективность защитного заземления основывается на двух механизмах. Первый — уменьшение потенциала заземленного оборудования путем создания электрического соединения с грунтом с минимальным сопротивлением. Второй — выравнивание потенциалов поверхности земли в зоне растекания тока, что снижает напряжение шага. При сопротивлении заземления 4 Ом и токе замыкания 10 А напряжение на корпусе составит 40 В, что соответствует предельно допустимой величине напряжения прикосновения согласно пункту 1.7.53 ПУЭ.
Отличие от рабочего заземления
Рабочее заземление выполняется для нормального функционирования электроустановки — заземления нейтрали трансформатора, средней точки генератора. Защитное заземление предназначено исключительно для обеспечения электробезопасности людей и не участвует в работе электрической сети. В системе TN-S эти функции разделены физически: нулевой рабочий проводник N служит для замыкания цепи, защитный проводник PE — только для защиты от косвенного прикосновения.
Важно: Защитному заземлению подлежат все металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции — корпуса электродвигателей, трансформаторов, металлические оболочки кабелей, распределительные шкафы, щиты управления.
Нормы сопротивления заземления по ПУЭ
Правила устройства электроустановок регламентируют максимально допустимые значения сопротивления заземляющих устройств в зависимости от напряжения сети и её конфигурации. Эти нормативы обеспечивают эффективное срабатывание защитных устройств и безопасное отведение аварийных токов в землю.
| Тип электроустановки | Линейное напряжение, В | Сопротивление, Ом |
|---|---|---|
| Электроустановки до 1 кВ (основное заземление) | 380/220 | Не более 4 |
| Электроустановки до 1 кВ (мощность до 100 кВА) | 380/220 | Не более 10 |
| Повторное заземление PEN-проводника | 380/220 | Не более 30 |
| Заземление при наличии газового оборудования | 380/220 | Не более 10 |
| Подстанции 110 кВ и выше | 110000 и выше | Не более 0,5 |
| Молниезащита зданий I-II категории | — | Не более 10 |
Коррекция норм для грунтов с высоким сопротивлением
Согласно пункту 1.7.101 ПУЭ, при удельном сопротивлении грунта более 100 Ом·м допускается увеличение нормативных значений сопротивления заземления пропорционально удельному сопротивлению почвы по формуле: Rдоп = Rнорм × 0,01 × ρ, где ρ — удельное сопротивление грунта в Ом·м. Однако это увеличение не может превышать десятикратного значения. Например, для песчаного грунта с ρ = 800 Ом·м при норме 4 Ом допустимое сопротивление составит 32 Ом.
Требования к заземлению нейтрали
В четырехпроводных сетях 380/220 В с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземлителя у нейтрали трансформатора должно быть не более 2, 4 или 8 Ом при соответствующих напряжениях 660, 380 и 220 В с учетом всех естественных заземлителей и повторных заземлений отходящих линий согласно пункту 1.7.101 ПУЭ. Это обеспечивает надежное срабатывание максимальной токовой защиты при однофазных коротких замыканиях.
Устройство контура заземления
Заземляющее устройство состоит из заземлителя — металлического проводника, находящегося в непосредственном контакте с грунтом, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемое оборудование с заземлителем. Конструкция и параметры элементов определяются требованиями ГОСТ Р 50571.5.54-2024, введённого с 1 августа 2024 года, и главы 1.7 ПУЭ седьмого издания.
Типы заземлителей
- Естественные заземлители — металлические конструкции зданий, арматура железобетонных фундаментов, металлические трубы подземных коммуникаций кроме газовых и трубопроводов с горючими жидкостями, оболочки кабелей. Сопротивление естественных заземлителей не нормируется, но при их использовании должна быть обеспечена электрическая непрерывность согласно пункту 1.7.109 ПУЭ
- Искусственные вертикальные заземлители — стальные стержни круглого сечения диаметром не менее 16 мм, стальные трубы диаметром не менее 32 мм с толщиной стенки не менее 3,5 мм, стальной уголок с размером полки не менее 40 мм согласно таблице 1.7.4 ПУЭ. Длина вертикальных электродов обычно составляет 2,5-3 метра, в сложных грунтах применяют модульные системы глубиной до 30 метров
- Горизонтальные заземлители — стальная полоса сечением не менее 160 мм² при толщине полосы не менее 4 мм или круглая сталь диаметром не менее 10 мм согласно пункту 1.7.111 ПУЭ, укладываемые на глубине 0,5-0,7 м для соединения вертикальных электродов в общий контур
Конфигурация заземляющего контура
Наиболее распространенная конфигурация — треугольный контур, в вершинах которого забиваются вертикальные электроды. Расстояние между электродами должно составлять не менее длины самого электрода, рекомендуется 1,5-2 длины для минимизации взаимного экранирования зон растекания тока. При длине электрода 3 м оптимальное расстояние между ними составляет 4,5-6 м, что обеспечивает коэффициент использования заземлителей около 0,85. Для производственных объектов применяют кольцевой заземлитель по периметру здания, соединенный с вертикальными электродами через каждые 5-8 м. Линейная конфигурация используется при ограниченном пространстве, но имеет более низкий коэффициент использования электродов из-за взаимного экранирования зон растекания тока.
Материалы и сечения проводников
Согласно пункту 1.7.111 ПУЭ, искусственные заземлители должны выполняться из черной или оцинкованной стали, либо из меди. Минимальные размеры регламентированы таблицей 1.7.4 ПУЭ. Использование алюминиевых проводников для подземной части заземления не допускается из-за интенсивной коррозии. Заземляющие проводники внутри зданий прокладываются медным проводом сечением не менее 6 мм² для PE-проводника согласно ГОСТ Р 50571.5.54-2024, введённому с 1 августа 2024 года.
Монтаж и проверка заземляющего устройства
Качество заземления зависит не только от правильного расчета параметров, но и от соблюдения технологии монтажа. Основные этапы работ включают разметку территории, земляные работы, установку вертикальных заземлителей, соединение элементов и измерение сопротивления.
Технология монтажа контура
Вертикальные электроды забиваются кувалдой или вибромолотом на глубину 2,5-3 м, при этом верхний конец должен находиться на глубине 0,5-0,7 м от поверхности земли. Это обеспечивает защиту соединений от коррозии и механических повреждений. Соединение элементов контура выполняется сваркой с площадью контакта не менее 100 мм² для полосовых заземлителей согласно пункту 1.7.111 ПУЭ. Болтовые соединения допускаются только для надземных участков при условии применения антикоррозионных составов и контактных шайб. Сварные швы покрываются битумной мастикой для защиты от коррозии.
Измерение сопротивления заземления
Проверка сопротивления заземляющего устройства выполняется при помощи специализированных приборов — измерителей сопротивления заземления типа М-416, ИС-10, Fluke 1625 или аналогичных. Измерения проводятся по четырехпроводной схеме с использованием вспомогательных электродов, размещаемых на расстоянии 20-40 м от контура. Периодичность измерений согласно ПТЭЭП составляет один раз в 12 лет для электроустановок выше 1 кВ и выборочно — для установок до 1 кВ при капитальных ремонтах.
Методика измерения: Вспомогательный токовый электрод устанавливается на расстоянии 40 м, потенциальный — на расстоянии 20 м от испытуемого заземлителя. Прибор пропускает ток между испытуемым и токовым электродом, измеряя падение напряжения между испытуемым и потенциальным электродом. Отношение напряжения к току дает искомое сопротивление.
Визуальный осмотр и ревизия
Кроме инструментальных измерений проводится визуальный осмотр доступных частей заземления. Проверяется целостность сварных соединений, отсутствие следов коррозии, надежность болтовых контактов. Особое внимание уделяется местам подключения заземляющих проводников к главной заземляющей шине. При обнаружении разрушения металла более чем на 25 процентов сечения проводника, участок подлежит замене. Сопротивление соединений контролируется омметром — оно не должно превышать 0,05 Ом.
Заземление и молниезащита
Система молниезащиты и защитное заземление электроустановок тесно взаимосвязаны. Согласно пункту 1.7.55 ПУЭ седьмого издания, заземлители защитного заземления и молниезащиты рекомендуется объединять в общее заземляющее устройство. Это обусловлено требованиями электробезопасности и экономической целесообразности.
Принципы объединения заземлений
При прямом ударе молнии по молниеприемнику через токоотводы и заземлитель протекает импульсный ток амплитудой до 200 кА. Если заземлитель молниезащиты не соединен с заземлением электроустановки, между ними возникает опасная разность потенциалов, способная вызвать пробой изоляции и повреждение оборудования. Система уравнивания потенциалов, объединяющая все заземлители на объекте, предотвращает возникновение таких напряжений согласно ГОСТ Р 50571.5.54-2024.
Требования к сопротивлению заземлителя молниезащиты
Для молниезащиты зданий и сооружений I и II уровня защиты по ГОСТ Р 59789-2021, введённому с 1 марта 2022 года, сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом. Для объектов III уровня допускается сопротивление до 20 Ом. Если параметры грунта не позволяют достичь этих значений, применяют глубинные заземлители — модульные стержни, забиваемые на глубину 10-30 м, где удельное сопротивление грунта значительно ниже из-за постоянной влажности.
Защита от импульсных перенапряжений
Даже при объединенном заземлении необходима защита электрооборудования от импульсных перенапряжений с помощью устройств защиты от импульсных перенапряжений — УЗИП класса I, II и III согласно ГОСТ Р 50571.4.44-2019. УЗИП устанавливаются каскадно на вводе в здание, на распределительных щитах и у чувствительного оборудования. Они ограничивают амплитуду перенапряжений до безопасного для электроники уровня 1-2,5 кВ, отводя избыточную энергию в заземляющее устройство.
Системы заземления в электроустановках
Конфигурация заземления и способ соединения нейтрали источника питания с защитными проводниками определяет систему заземления. Международная классификация по МЭК 60364 использует буквенные обозначения для характеристики систем.
- Система TN-C — совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник PEN на всем протяжении от подстанции до электроприемника. Простая и экономичная, но при обрыве PEN-проводника корпуса оборудования оказываются под фазным напряжением. Допускается только для реконструируемых объектов
- Система TN-S — раздельные нулевой рабочий N и защитный PE проводники от трансформаторной подстанции до конечного потребителя. Наиболее безопасная система, обязательна для новых зданий. Обеспечивает надежное срабатывание УЗО и дифференциальных автоматов
- Система TN-C-S — совмещенный PEN-проводник от подстанции до вводного устройства здания, где он разделяется на N и PE. Компромиссный вариант при реконструкции старых электросетей с организацией повторного заземления на вводе
- Система TT — нейтраль источника заземлена, корпуса электроприемников подключены к независимому заземлителю. Применяется при невозможности обеспечить низкое сопротивление PEN-проводника в воздушных линиях. Обязательна установка УЗО с током срабатывания не более 30 мА согласно пункту 1.7.59 ПУЭ
- Система IT — изолированная нейтраль источника, корпуса заземлены. Используется в электроустановках с повышенными требованиями к бесперебойности питания — больницы, шахты, химические производства. Требует установки приборов контроля изоляции
Распространенные ошибки при устройстве заземления
Неправильное выполнение заземления снижает эффективность защиты и создает ложное чувство безопасности. Рассмотрим типичные нарушения, встречающиеся при монтаже заземляющих устройств.
Недопустимые схемы подключения
Последовательное подключение нескольких корпусов электроустановок к одному заземляющему проводнику категорически запрещено пунктом 1.7.144 ПУЭ. При таком соединении обрыв проводника приводит к потере заземления всех последующих устройств в цепи. Каждый корпус должен подключаться отдельным ответвлением к магистрали заземления или главной заземляющей шине.
Использование неподходящих материалов
Применение арматуры периодического профиля для вертикальных электродов затрудняет их забивание в плотный грунт. Использование оцинкованных труб для подземной части без дополнительной антикоррозионной защиты приводит к быстрому разрушению цинкового покрытия в агрессивных грунтах. Алюминиевые проводники для подземной части заземления недопустимы согласно пункту 1.7.113 ПУЭ — алюминий интенсивно корродирует во влажной среде.
Нарушения при монтаже
Недостаточная глубина забивки вертикальных электродов — менее 2 м — приводит к увеличению сопротивления заземления в сухой период. Малое расстояние между электродами контура — менее 1,5-2 м — вызывает взаимное экранирование зон растекания тока и снижает эффективность заземлителя. Окраска подземных частей заземления или обмотка изолентой увеличивает переходное сопротивление металл-грунт и запрещена пунктом 1.7.111 ПУЭ.
Часто задаваемые вопросы
Защитное заземление является фундаментальным элементом электробезопасности, обеспечивающим защиту людей и оборудования от поражения электрическим током. Правильное проектирование, монтаж и эксплуатация заземляющих устройств в соответствии с требованиями ПУЭ седьмого издания и ГОСТ Р 50571.5.54-2024, введённого с 1 августа 2024 года, гарантируют надежную работу электроустановок. Регулярная проверка сопротивления заземления, своевременное обслуживание и учет особенностей грунта позволяют поддерживать систему защиты в работоспособном состоянии на протяжении всего срока эксплуатации объекта.
Данная статья носит ознакомительный характер и не является руководством к действию или нормативным документом. Проектирование, монтаж и обслуживание систем заземления должны выполняться квалифицированными специалистами с соответствующими допусками. Автор не несет ответственности за последствия применения изложенной информации без профессиональной консультации и соблюдения действующих нормативных требований.
