Расстояние между заземлителями в контуре заземления: Расчет защитного заземления

Содержание

Расчет защитного заземления

В технической литературе часто рассказывается про заземление и зануление. Действительно, вопрос о заземлении в домах и квартирах встал в нашей стране относительно недавно. Еще когда бригады коммунистов электрифицировали страну,  в деревенские домики подводили только фазу и ноль. Про провод заземления умалчивали. Во-первых, экономили алюминий как стратегический металл для самолетов, а во-вторых, мало кого заботили проблемы с защитой населения от поражения электрическим током, а в-третьих, не думали о заземлении как о эффективной мере защиты людей. Прошло достаточно времени, чтобы исчезли коммунисты, а вместе с ними и распалась страна, в которой они правили, но памятники, оставшиеся после них, все еще стоят. Памятники стоят, а дома разрушаются.

В нашим домах заземлены только трубы водопровода, канализации и газопровода, а также поэтажные щитки. При этом трубы газопровода для заземления не подходят из-за взрывчатого газа, который по ним летит. Трубы канализации для заземления также использовать нельзя. Хоть канализация сплошь из чугуна, но стыки чугунных труб заделаны цементом, который является плохим проводником. Трубы водопровода вроде как являются неплохим заземлением, но нужно учитывать, что трубы прокладывают не в земле, а в слое изоляции в специальных каналах. Самое надежное заземление – от распределительного этажного щита.

На предприятиях все изначально делали грамотно и заземляли все, что можно.  Кроме заземления на предприятиях используется зануление. Многие ошибочно считают, что зануление — это проводок в розетке от нулевого провода к заземляющему контакту. Понятия «заземление» и «зануление» тесно связаны с понятием нейтрали.

Нейтраль – точка схождения трех фаз через обмотки в трансформаторе, соединенных звездой. Если эту точку соединить с заземлителями, то образуется глухозаземленная нейтраль трансформатора, и общую систему называют заземленной. Если к этой точке приварить шину и соединить ее со всеми приборам и аппаратам, то оборудование окажется заземленным.

Если нейтраль соединить с нулевой шиной (без заземлителей), то образуется изолированная нейтраль трансформатора, и общую систему называют зануленной. Если эту шину соединить со всеми приборами и аппаратами, то оборудование окажется зануленным.

Идея в том, что по заземленному или зануленному проводнику течет ток только при перекосе фаз, но это для трансформатора и при аварийных режимах работы. Нельзя выбирать — занулять или заземлять оборудование. Это сделано уже на подстанции. Обычно используется глухозаземленная нейтраль.

Если к примеру обмотка двигателя стиральной машины разрушилась и появилось сопротивление между корпусом и обмоткой, то на корпусе стиральной машины будет потенциал, который можно обнаружить индикаторной отверткой. Если машина не заземлена, то при касании корпуса потенциал машины станет потенциалом вашей руки, а т.к. ванная, где находится машина, является помещением особо опасным с точки зрения поражения током и следовательно пол является токопроводящим, нога приобретет нулевой потенциал и значит вы получите удар напряжением, пропорциональным потенциалу руки. Если машину заземлить, то в теории сработает автоматический выключатель защиты. Если машину занулить, то потенциал растечется вокруг всей машины и при касании потенциалы руки и ноги будут одинаковыми. Только надо учитывать, что ток растекается вокруг и при шагании ноги оказываются под разными потенциалами. И, конечно, можно получить удар напряжением.

Критерии применения заземления

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трёхфазные трехпроводные с глухозаземленной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.

В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющего устройств — выносное и контурное.

При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.

При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.

В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землёй металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединённых с землёй, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. д.

В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединённых с заземляющим устройством подстанций или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.

Если сопротивление естественных заземлителей Rз удовлетворяет требуемым нормам, то устройство искусственных заземлителей не требуется. Но это можно только измерить. Посчитать сопротивление естественных заземлителей нельзя.

Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не даёт нужных результатов, применяют  искусственные заземлители — стержни из угловой стали размером 50Х50, 60Х60, 75Х75 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5 — 3 м; стальные трубы диаметром 50—60 мм, длиной 2,5 — 3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5 — 0,8 м. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее 2,5—3 м.

Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 кв.мм  или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой. Место сварки обмазывается битумом для влагоизоляции.

Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 кв.мм или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 кв.мм или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.

Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл.1.

Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В








Наибольшие допустимые значения Rз, Ом

Характеристика электроустановок

Rз < 0,5

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю Iз < 500А

Rз = 250 / Iз < 10

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю Iз < 500А

Rз = 125 / Iз < 10

При условии, что заземляющее устройство является общим для злектроустановок напряжением до и выше 1000 В и расчётном токе замыкания на землю Iз < 500

Rз < 2

В электроустановках напряжением 660/380 В

Rз < 4

В электроустановках напряжением 380/220 В

Rз < 8

В электроустановках напряжением 220/127 В

Расчётные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путём расчётов. В принципе, при строительстве коттеджа ток замыкания на землю не нужен. Это вопрос заземления подстанции.

Расчёт заземления методом коэффициентов использования производится следующим образом.

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления Rз по таблице 1.

2. Определяют путём замера, расчётом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Rе.

3. Если Rе<Rз, то устройство искусственного заземления не требуется. Если Rе>Rз, то необходимо устройство искусственного заземления.

4. Определяют удельное сопротивление грунта ρ из таблицы 2. При производстве расчётов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 3).

Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м














Наименование грунта

Удельное сопротивление, Ом•м

Песок

700

Супесок

300

Суглинок

100

Глина

40

Садовая земля

40

Глина (слой 7-10 м) или гравий

70

Мергель, известняк, крупный песок с валунами

1000-2000

Скалы, валуны

2000-4000

Чернозём

20

Торф

20

Речная вода (на равнинах)

10-100

Морская вода

0,2-1

Примерное распределение государств СНГ по климатическим зонам:

1 зона: Архангельская, Кировская, Омская, Иркутская области, Коми, Урал;

2 зона: Ленинградская и Вологодская области, центральная часть России, центральные области Казахстана, южная часть Карелии.

3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Беларусь, южные области Казахстана; Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области.

4 зона: Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, Туркмения (кроме горных районов), Ставропольский край, Молдова.

Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента Кс











Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов

Климатические зоны СНГ

1

2

3

4

Климатические признаки зон:

средняя многолетняя низшая температура (январь), °С

от -20 до -15

от -14 до -10

от -10 до 0

от 0 до +5

средняя многолетняя высшая температура (июль), °С

от +16 до +18

от +18 до +22

от +22 до +24

от +24 до +26

среднегодовое количество осадков, мм

~400

~500

~500

~300-500

продолжительность замерзания вод, дн

190-170

150

100

0

Значение коэффициента Кс при применении стержневых электродов длиной 2 — 3 м и глубине заложения их вершины 0,5 — 0,8 м

1,8-2

1,5-1,8

1,4-1,6

1,2-1,4

Значение коэффициента К’с при применении протяжённых электродов и глубине заложения их вершины 0,8 м

4,5-7,0

3,5-4,5

2,0-2,5

1,5-2,0

Значение коэффициента Кс при длине 5 м и глубине заложения вершины 0,7-0,8 м

1,35

1,25

1,15

1,1

5. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле:

Таблица 4. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых в ряд без учёта влияния полосы связи




















Отношение расстояния между электродами к их длине: а/l

Число электродов Мв

Мв

1

2

0,84-0,87

3

0,76-0,80

5

0,67-0,72

10

0,56-0,62

15

0,51-0,56

20

0,47-0,50

2

2

0,90-0,92

3

0,85-0,88

5

0,79-0,83

10

0,72-0,77

15

0,66-0,73

20

0,65-0,70

3

2

0,93-0,95

3

0,90-0,92

5

0,85-0,88

10

0,79-0,83

15

0,76-0,80

20

0,74-0,79

Таблица 5. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых по контуру без учёта влияния полосы связи























Отношение расстояния
между электродами к их длине а/l

Число электродов Мв

Мв

1

4

0,66-0,72

6

0,58-0,65

10

0,52-0,58

20

0,44-0,50

40

0,38-0,44

60

0,36-0,42

100

0,33-0,39

2

4

0,76-0,80

6

0,71-0,75

10

0,66-0,71

20

0,61-0,66

40

0,55-0,61

60

0,52-0,58

100

0,49-0,55

3

4

0,84-0,86

6

0,78-0,82

10

0,74-0,78

20

0,68-0,73

40

0,64-0,69

60

0,62-0,67

100

0,59-0,65

6. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчёт на этом можно закончить и не определить проводимость соединяющей полосы, поскольку длина её относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено). В итоге общая формула для расчета сопротивления вертикальных заземлителей выглядит так

где

р — Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом•м, таблица 2

КС — Признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина вертикального заземлителя, м

d – диаметр вертикального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м

Мв – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл.4, 5). Предварительное количество вертикальных заземлителей для определения Мв можно принять равным Мв=rв/Rз

а – расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В  , таблица 1

при этом  l>d,  t0>0,5 м;

для уголка с шириной полки b получают d=0,95b.

Для горизонтальных заземлителей расчет ведется тем же методом коэффициента использования

1. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для круглого стержневого сечения:

Таблица 6. Коэффициенты использования Мг горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов в ряд.






Отношение расстояния между электродами к длине a/l

Мг при числе электродов в ряд

4

5

8

10

20

30

50

65

1

0,77

0,7

0,67

0,62

0,42

0,31

0,2

0,2

2

0,89

0,9

0,79

0,75

0,56

0,46

0,4

0,34

3

0,92

0,9

0,85

0,82

0,68

0,58

0,5

0,47

Таблица 7. Коэффициент использования Мг горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов по контуру.






Отношение расстояния между электродами к длине a/l

Мг при числе электродов в контуре заземления

4

5

8

10

20

30

50

70

100

1

0,45

0,4

0,36

0,34

0,27

0,24

0,21

0,2

0,19

2

0,55

0,48

0,43

0,4

0,32

0,3

0,28

0,26

0,24

3

0,65

0,64

0,6

0,56

0,45

0,41

0,37

0,35

0,33

где

р — приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом•м, таблица 2

КС — признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина горизонтального заземлителя, м

d – диаметр горизонтального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины горизонтального заземлителя, м

Мв—коэффициент использования горизонтальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 6, 7).

а – расстояние между горизонтальными заземлителями (обычно отношение расстояния между горизонтальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В, таблица 1

Здесь l>d, l>>4t’. Для полосы шириной b получают d=0,5b.

Пример 1

Рассчитать заземляющее устройство заводской подстанции 35/10 кВ, находящейся во второй климатической зоне. Сети 35 и 10 кВ работают с незаземленной нейтралью. На стороне 35 кВ Iз=8А, на стороне 10 кВ  Iз=19А. Собственные нужды подстанции получают питание от трансформатора 10/0,4 кВ с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ, естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности p=62 Ом*м. Электрооборудования подстанции занимает площадь 18*8 кв.м.

Решение

Прикинем количество вертикальных электродов 10 шт. по таблице 5, Мв=0,58.

Найдем количество вертикальных электродов

Если Nв<10, все хорошо и можно принимать Nв=9 электродов.

Если Nв>10,  нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Прикинем количество горизонтальных электродов 50 шт. по таблице 6, Мг=0,2.

Если Nг<50, все хорошо и можно принимать Nг=49 электродов.

Если Nг>50, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Пример 2

Рассчитать заземляющее устройство коттеджа в Беларуси. Коттедж стоит на глинистой почве, следовательно удельное сопротивление грунта p=40 Ом*м. Для заземления используется арматура диаметром 12 мм и длиной 2 метра.

Решение

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Электроды будут размещаться в ряд, поэтому по таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, например 10 шт. Мв=0,62
Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра.

Найдем количество вертикальных электродов

Если Nв>10, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, итого 15 шт. Мв=0,56

Если Nв<15, все хорошо и можно принимать Nв=14 электродов.

Пойдем другим путем и из штырей сварим каркас, закопав его на 0,8 метра под землю. Так получаются горизонтальные заземлители.

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра

Прикинем количество горизонтальных электродов, например 30 шт. по таблице 6, Мг=0,24

Если Nг>30, то нужно увеличить Мг, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 6 прикинем количество горизонтальных электродов, например 50 шт. Мг=0,21

Если Nг<10, все хорошо и можно принимать Nг=37 электродов.

 

Заземление учитывает свойство Земли проводить электричество. Электроды для заземления делают обычно из стали. Сталь со временем ржавеет и разрушается, и заземление пропадает. Процесс этот необратим, но можно использовать стальные стержни, покрытые цинком. Цинк тоже металл, но он плохо подвержен ржавлению до тех пор, пока слой цинка есть. Когда со временем цинк вымывается или стирается механическими способами, например, при забивании электродов в твердую почву камни могут ободрать покрытие, тогда скорость коррозии увеличится вдвое. Иногда используют специальные электроды с покрытием из меди.

Стержни для заземления можно брать те, которые использовались как арматура для бетона фундамента. Красить или покрывать смолистыми составами их нельзя – смола выступит как изолятор и заземления не будет вообще. Чем длиннее стержни, тем меньше их понадобится для заземления, но тем труднее их забить в почву. Поэтому вначале нужно выкопать траншею глубиной 1 метр. Забить в траншею кусок арматуры, предварительно заточенный, чтобы он выглядывал из дна траншеи не более 20 сантиметров. Следом через 2 метра забивают следующую арматуру и так далее по расчету. Следом на дно траншеи кладут арматуру и приваривают ее ко всем забитым штырям. Место сварки необходимо обмазать битумом для влагоизоляции. Это делается потому, что арматуру толщиной 12 миллиметров будет гнить в земле очень долго, а вот место сварки по площади относительно небольшое, но самое ответственное.

После забивания всех электродов можно провести эксперимент. Из дома вытягиваем удлинитель. Источник напряжения должен приходить со столба от подстанции. Использовать для проверки автономный источник типа генератора нельзя – не будет замкнутой цепи. На удлинителе находим фазу и подключаем один провод от лампочки, а вторым проводом прикасаемся к обваренным электродам. Если лампочка светится, то измеряем напряжение между фазным проводом и заземленными электродами, напряжение должно быть 220 В, а вот светиться лампочка должна достаточно ярко. Также можно измерить ток через лампочку в 100 Вт. Если ток примерно 0,45 А, все в порядке, но если ток значительно меньше – следует добавить заземляющих стержней.

Нужно добиться нормального свечения лампочки и тока в пределах нормы. После этого места сварки заливают битумом и выводят кусок арматуры из траншеи, прикрепив его к дому. После этого траншею можно засыпать. Выведенный кусок арматуры нужно приварить к электрическому распределительному щиту в коттедже. От щита уже развести медными кабелями все точки.

Контур заземления — его конструкция и выбор заземлителя





Устройство так называемого заглубленного контура заземления внешне представляет собой электроды — металлические стержни, которые забиты в землю и соединены меж собой. Наиболее эффективной считается конструкция, в которой электроды располагаются в одну линию. Однако при благоприятных условиях вполне сгодится и конструкция, в которой стержни располагаются треугольником.

Устройство заземления в случае расположения штырей в одну линию

Устройство заземления в случае расположения штырей в виде треугольника

Расположение треугольником несколько хуже, поскольку электроды гораздо больше друг друга экранируют, а это значит, расход материала при организации такой конструкции при остальных равных условиях станет больше. С иной стороны на небольшом расстоянии треугольное расположение значительно уменьшает число земляных работ, и между собой соединять штыри с шиной значительно удобнее в яме треугольной формы, нежели в узкой траншее.

Конструкция контура глубинного заземления с помощью уголка: 1. Уголок из стали 50 на 50 на 5 миллиметров, 2. соединительная полоска из стали 50 на 5 миллиметров, 3. Стальная шина заземления 50 на 5 миллиметров.

Расстояние заземлительного контура от домовых стен должно быть не менее 1-ного метра.
Электроды заземления следует закопать на приличную глубину возможного промерзания грунта. Всё дело в том, что будучи замерзшим грунт весьма плохо проводит электрический ток. В частности, при замерзании самого верхнего грунтового слоя высотой полметра, сопротивление его увеличивается приблизительно в десять раз, а на глубине около метра — раза в три. Летом же поверхностные слои грунта (примерно до метра глубиной) заметно высыхают, что довольно резко повышает показатели его сопротивления. Потому и необходимо поглубже закапывать электроды в так называемые стабильные почвенные слои, которые залегают на глубине 1-2 метров. На подобной глубине грунтовые параметры грунта почти не меняются в течение всего года.

Конечно, вполне можно взять и более длинные электроды из металла, однако это увеличит материальный расход. Расчет заземлительного контура приведен в статье под названием «Расчёт заземления» на нашем ресурсе. Кроме того, стоит отметить, что забить вручную в землю стержни заземлителя свыше 2,5 метров длиной бывает довольно-таки проблематично.

Таблица 1-вая Коэффициенты применения 3-ёх электродов, которые размещены в ряд

Отношение расстояния между 3 стержнями

Коэффициент использования, η

Отношение расстояния между 3 стержнями

Коэффициент использования, η

0,5

0,62-0,68

2

0,85-0,88

1

0,76-0,8

3

0,9-0,92

Арматура Строительная не подходит для заземлительных стержней

В таблице 1-вой видно, каким образом расстояние меж 3-емя стержнями оказывает влияние на коэффициент их применения. Отношение расстояния меж стержнями является отношением используемой стержневой длинны к расстоянию меж ними. К примеру, если взять пару электродов длинной 2,5 метра, полностью углублённых в землю на необходимую глубину промерзания (используется вся их длина) и расположить их на расстоянии два с половиной метра от друг друга, то отношение их будет равно 1=2,5/2,5.

Глядя на таблицу, можно сделать такой вывод, что самое оптимальное расстояние меж стержнями заземлительного контура бывает равно обычно их длине. При увеличенном расстоянии эффективностный прирост будет небольшим при довольно большом объёме работ на земле и расходе материала на проведение соединения стержней шиной.

Для производства глубинных электродов использовать можно любые материалы, имеющие минимальные размеры, указанные в таблице 2.

Следует обратить внимание, что в таблице 2 не присутствует арматуры с так называемым периодическим профилем, которую обычно применяют для выполнения армирования бетона. Стержни такого рода арматуры совершенно не подходят для глубинного заземления, поскольку при вбивании в землю они разрыхляют её возле себя, что ведет к повышению сопротивления.
Таблица 2-рая Минимальные размеры электродов заземляющих с точки зрения механической и коррозионной стойкости

Материал

Поверхность

Профиль

Минимальный размер

Диаметр, мм

Площадь сечения, мм2

Толщина, мм

Толщина покрытия, мк

Сталь

Черный1 металл без антикоррозионного покрытия

Прямоугольный2

 

150

5

 

Угловой

 

150

5

 

Круглые стержни для заглублённых электродов3

18

 

 

 

Круглая проволока для поверхностных электродов4

12

 

 

 

Трубный

32

 

3. 5

 

Горячего цинкования5 или нержавеющая сталь5,6

Прямоугольный

 

90

3

70

Угловой

 

90

3

70

Круглые стержни для заглублённых электродов3

16

 

 

70

Круглая проволока для поверхностных электродов4

10

 

 

507

Трубный

25

 

2

55

В медной оболочке

Круглые стержни для заглублённых электродов3

15

 

 

2000

С гальваническим медным покрытием

Круглые стержни для заглублённых электродов3

14

 

 

100

Медь

Без покрытия5

Прямоугольный

 

50

2

 

Круглый провод

Для поверхностных электродов4

 

258

 

 

Трос

1,8

каждой проволоки

25

 

5

Трубный

20

 

2

 

Луженная

Трос

1,8

каждой проволоки

25

 

5

Оцинкованная

Прямоугольный9

 

50

2

40

1 Срок службы 25-30 лет при скорости коррозии в нормальных грунтах 0,06 мм/год.

2 Прокат или нарезанная полоса со скругленными краями.

3 Заземляющие электроды рассматриваются как заглублённые, когда они установлены на глубине более 0,5 м.

4 Заземляющие электроды рассматриваются как поверхностные, когда они установлены на глубине не более 0,5 м.

5 Может так же использоваться для электродов, уложенных (заделанных) в бетоне.

6 Применяется без покрытия.

7 В случае использования проволоки, изготовленной методом непрерывного горячего цинкования, толщина покрытия в 50 мк принята в соответствии с настоящими техническими возможностями.

8 Если экспериментально доказано, что вероятность повреждения от коррозии и механических воздействий мала, то может использоваться сечение 16 мм2.

9 Нарезанная полоса со скруглёнными краями.

Очевидно, что самыми дешевыми являются те электроды, что состоят из круглых, прошедших оцинковку стержней диаметром шестнадцать миллиметров. Но поскольку найти и приобрести их бывает довольно накладно, то зачастую контур заземления изготавливают из стандартного черного уголка из стали 50 на 50 на 5 миллиметров. Соединять уголок вместе следует стальной полосой, чьи размеры не менее 50 на 5 миллиметров.

Хомуты оцинкованные для проведения скрепления заземлителей

Осуществление соединения оцинкованного стержня с также оцинкованной полосой с помощью хомута на болтах

С целью соединения контурных стержней с шиной заземления и соединителями используются два способа:

— в случае использования оцинкованного проката можно применять соединение без применения сварки, при помощи обжимных резьбовых хомутов. Причём место соединения обязательно должно быть защищенным от коррозии при помощи антикоррозийного бинта, либо обмазки горячим битумом;

— при применении проката из черной стали без каких-либо покрытий он соединяется с помощью использования дуговой электросварки.

Проведение антикоррозийной обработки соединения на хомутах

Касаемо провода (так называемый защитный проводник), что подключают непосредственно к заземляющей конструкции (то есть к шине заземления), лучше всего применять провод из меди. Размер минимального сечения заземляющего провода следует выбирать по таблице 3. К примеру, если попросту подключить провод из меди к стальной шине при помощи резьбового оцинкованного соединения, причём соединение находится в распределительной пластиковой коробке, сам же провод скрыт в пластиковой гофре, то такого рода подключение надо считать плохо защищённым от коррозийного воздействия, поскольку оно напрямую контактирует с воздухом. Однако соединение заземлительного контура такого рода и проводника защищено механически, а значит минимально возможное сечение провода из меди будет равным 10 миллиметрам2. Детали по обустройству защитного домового заземления собственноручно приведены в статье под названием «Монтаж контура заземления самостоятельно».

Наличие защиты

Сечение провода мм2

Механически защищенные

Механически незащищённые

Защищённые от коррозии

6

16

Незащищённые от коррозии

10

25


Всего комментариев: 0


Контур заземления

Конструкции и размеры контура заземления дома:

Контур заземления представляет собой конструкцию, состоящую из соединённых друг с другом и проложенных в земле заземлителей.



Ориентировочные размеры при устновке в грунт вертикального заземлителя.


Заземлители, выполняя монтаж, устанавливают в ряд или в виде тругольника, квадрата, прямоугольника и т.п., исходя из требований и наличия площади для монтажа. В грунтах с большим удельным сопротивлением один заземлитель [даже глубинный] — может имеет большое сопротивление и для получения требуемой меньшей величины сопротивления растеканию тока приходится устраивать
заземление из нескольких, соединённых между собой, единичных заземлителей, включенных параллельно.
Такой контур заземления называется многоэлектродным.

Токи, растекающиеся с параллельно соединенных одиночных заземлителей, оказывают взаимное влияние, возрастает общее сопротивление заземляющего контура, которое тем больше, чем ближе расположены вертикальные заземлители друг к другу. Поэтому расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее их длины.



Верхние слои грунта подвержены значительным изменениям влажности. Вследствие этого сопротивление контура будет тем стабильнее, чем глубже он расположен в грунте.

Для уменьшения влияния климатических условий на сопротивление заземления верхнюю часть заземлителя размещают в грунте на глубину не менее 0,7 метра.
Контур устанавливается с меньшими затратами, где грунт имеет низкое удельное сопротивление, эффективность заземления при правильном расчёте выборе его расположения может быть повышена в несколько раз.

Материалы для заземления:

Материалы для контура заземления должны выбираться с учетом защиты от коррозии, соответствующих термических и механических воздействий, эти значения указаны в нормативных документах

Заземлители и проводники, проложенные в земле, должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 1.7.4.(ПУЭ)


Дополнения к ПУЭ — это перечень и требования для материалов с антикоррозионными покрытиями ( для омеднённой и нержавеющей стали) —



Указаны в ГОСТ Р 50571.5.54-2013 «Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов.»

Виды контуров заземления:


В зависимости от назначения контура заземления, используемой площади и удельного сопротивленя грунта — заземлители, для контура, могут устанавливаться различных видов — некоторые из них:

— Кольцевой контур заземления — чаще всего монтаж производится плоским проводником(полоса). Важный момент — полоса в траншее должна укладываться на ребро. Кольцевой заземлитель является
заземлителем поверхности, который должен быть проложен в виде замкнутого кольца на расстоянии 1,0 м и на глубине 0,5/0,7 м в
земле вокруг фундамента дома.

— Многоэлектродный контур заземления — это совмещённый монтаж горизонтального и вертикальных заземлителей, чаще всего выполняется в виде треугольника, а при необходимости — с большим количеством электродов.

Для монтажа «треугольника» или контура с большим числом вертикальных заземлителей, могут использоваться модульные электроды — установка выполняется сборным вертикальным стержнем, который поэтапно наращивается и забивается электроинстументом с большой ударной силой на требуемую глубину с одной точки. Такие заземлители в зависимости от вида
почвы могут прокладываться в
земле вручную или с помощью
соответствующих электрических,
бензиновых или пневматических
молотов.

Сопротивление контура заземления частного дома:

Электросеть загородного частного дома относится к электроустановкам напряжением до 1кВ (1000 Вольт), соответственно сопротивление заземляющего контура не должно превышать допустимые параметры.

Значения сопротивления заземляющих устройств для каждого вида электроустановок должны удовлетворять значениям, приведенным в соответствующих главах Правил(ПУЭ) и таблице 1. 8.38.

Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств(ПУЭ)

Расчёт контура заземления:

Чтобы правильно произвести расчет- длину и количество заземлителей, входящих в будущую конструкцию контура, нужно знать знать максимальное значение удельного сопротивления слоя грунта на глубине, приблизительно в три раза превышающей глубину закладки заземлителя. Это значение определяется путем измерений удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом коэффициентов влажности.

Если взять значение удельного сопротивления грунта из таблиц(как чаще всего это делают при проектировании в офисе и не выезжая на место строительства), то после монтажа такого контура заземления — расчетное значение может не совпасть с измеренным после выполнения работ..


Поэтому часто в проектах заземления указывают, что если значение сопротивления установленного контура будет превышать допустимое, следует увеличить количество заземлителей, т. е. увеличить объём работ, соответсвенно увеличивается заложенная в смете цена.

Для заземления газового котла расчетное сопротивление не должно превышать 10 Ом.

Подключение контура заземления к электросети дома:

Следует иметь в виду, что только монтажа и подключения контура заземления — не достаточно для обеспечения электробезопасности, например дачи или частного дома и т.п. Для этого, должны быть соблюдены требования к электроустановкам указанные в гавах ПУЭ:


Глава 1.7. «Заземление и защитные меры электробезопасности»


Глава 7.1. «Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий»


Эти требования являются взаимосвязанными и их частичное выполнение может привести к непредсказуемым последствиям, как для электро, так и пожарной безопасности..

Чтобы произвести монтаж и подключение заземления, нужно обладать знаниями по устройству электроустановок и нормативных документов.

Если при монтаже самой конструкции контура своими руками проблем особо не возникает, то при проверке сопротивления и подключении заземляющего устройства в электросеть дома, часто совершаются ошибки.

Когда нет ответа на часть из многих существенных вопросов, неоходимых для монтажа и подключения контура заземления — например:
— Чем отличается система заземления ТТ от системы заземления TN(три типа)?

— Почему эксплуатация электросети дома с системой заземления ТТ без УЗО — запрещена?

— Какая система заземления будет применяться в вашем доме?

— Почему сопротивление растеканиЮ тока является основным показателем качества контура заземления и как оно проверяется во время монтажа?


— и т.п.



В этом случае, чтобы не совершать ошибок, следует изучить правила.


Проверка:

Основной критерий качества установленного контура заземления для частного дома (и не только) — это сопротивление растеканию тока, точное значение которого возможно узнать только после поверки измерительным прибором.


Производить замеры нужно в обязательном порядке и сопротивление заземления должно соответствовать нормативам. Но чаще всего владельцы загородных частных домов при самостоятельном монтаже(или нанятые работники), пренебрегают замерами, без которых нельзя оценить в полной мере качество установленного заземляющего устройства.


При профессиональном монтаже, после установки выполняются приемо-сдаточные испытания согласно ПУЭ и выдаётся электроизмерительной лабораторией протокол. В дальнейшем, измерение сопротивления растеканию тока заземляющих устройств должно производиться в сроки, установленные ПТЭЭП, а также после каждого капитального ремонта.

Периодичность проверки в полном объеме производится не реже 1 раза в 12 лет.

Проверка коррозионного состояния элементов, находящихся в земле:

Локальные коррозионные повреждения в земле выявляются при осмотрах со вскрытием грунта.
Если элементы конструкции выполнены из чёрного металла (уголков, труб, полосы и т. п.), то самыми уязвимыми для коррозии являются сварные соединения и такие места проверяются в первую очередь.


Контур заземления для молниезащиты III Категории.

Молниезащита III Категории (РД 34.21.122-87)

2.26…..каждый токоотвод молниеприемников должен быть присоединен к заземлителю, состоящему минимум из двух вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м;



…….Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки, указанным в гл. 1.7 ПУЭ.

Из этого следует, что для электорустановки и молниезащиты дома устанавливается общий контур заземления.

Расчет,устройство и монтаж контура заземления для частного дома

Заземление электроустановок — это самый надёжный и действенный метод защиты, который вкупе с другими мероприятиями делает бытовое электричество абсолютно безопасным. По сути, заземление представляет собой умышленное соединение корпусов электроустановок (элементов, которые не под напряжением) с грунтом. Для многих домовладельцев организация заземления кажется делом либо слишком дорогим и технологичным, либо слишком простым, что тоже не совсем  так.

Устройство контура заземления

Контур заземления выполняется с помощью металлических стержней – электродов, заглубленных в грунт и соединенных между собой вверху полосой или прутом. Данная конструкция соединяется с вводно-распределительным устройством  металлической полосой.  Расстояние от дома должно составлять не менее 1 м, но не более 10 м.

Расчёт заземляющего устройства

Основной параметр, который необходимо рассчитать — это проводимость заземлителя. Т.е. нужно подобрать электрод такой конфигурации, чтобы сопротивление заземляющего устройства не превышало нормативное. Чем крупнее заземлитель, тем меньше сопротивление, тем больше тока принимает грунт. Положения ПУЭ указывают следующие цифры, которые являются допустимым максимумом:

  • 2 Ом — для линейного напряжения однофазного тока 380 вольт;
  • 4 Ом — для 220 вольт;
  • 8 Ом — для 127 вольт.

При трёхфазном токе максимальными сопротивлениями будут те же 2, 4 и 8 Ом, но только для напряжений 660, 380 и 127 вольт соответственно.

Все формулы расчёта предлагают учитывать площадь поверхности электрода и глубину его погружения. Например, для расчёта единичного заземлителя круглого сечения имеем такую формулу:

 

где: d — диаметр металлического стержня, L — длина электрода, T — расстояние от поверхности до средины заземлителя, π — константа (3,14), ρ — удельное сопротивление грунтов (Ом*м).

Обратите внимание, удельное сопротивление грунта — это основной параметр расчёта. Чем меньше это сопротивление, тем более проводимым будет наше заземление и более эффективной защита. Основные базовые цифры для определённого типа грунта можно найти в общедоступных таблицах и графиках, но многое зависит от его фактического состояния — плотности, водного баланса, температуры, сезонной глубины промерзания, наличия и концентрации в нём «электроактивных» химических веществ — щелочей, кислот, солей. Более того, на разных глубинах ситуация может существенно меняться, другими становятся физические свойства материкового основания, появляются водоносные слои, которые уменьшают сопротивление, увеличивается температура… Как правило, с увеличением глубины грунт становится более приемистым по току.

 

При температурах ниже нуля сопротивление грунтов резко повышается из-за замерзания воды. Поэтому длина заземлителей должна быть на порядок больше, чем сезонная глубина промерзания!

При расчете также необходимо учиывать коэффициент использования — он отображает явление, при котором рядом расположенные электроды в контуре оказывают влияние друг на друга, так как зоны рассеивания токов в грунте при излишнем приближении начинают пересекаться. Чем ближе расположены отдельные заземлители друг к другу — тем больше общее сопротивление заземляющего устройства. Вокруг каждого электрода в грунте образуется рабочая сфера с радиусом равным его длине, значит, идеальное расстояние между заземлителями будет их длина в земле (L), умноженная на 2.

Для того, чтобы рассчитать, на сколько глубоко необходимо поместить в грунт заземлители, следует воспользоваться следующей формулой:

Где: R — проектное сопротивление заземляющего устройства, R1 — сопротивление одного электрода, Ки — коэффициент использования.

Монтаж контура заземления

1. Необходимо выбрать правильное место, грунт в котором будет соответствовать нашим данным, которые мы использовали в расчете.

2. Потом необходимо выкопать траншею глубиной от 0,7 м до 1 м (ниже промерзания грунта), шириной 0,5 – 0,7 м. Линии должны образовывать треугольник со стороной, длина которой была определена в ходе расчетов. От одного из углов треугольника копаем траншею в сторону силового щитка. В вершинах треугольника вбиваем заземлители – электроды. Пусть в качестве примера это будет стальной уголок 50*50 мм. Если плотность грунта не позволяет просто забить стержни, придется бурить скважины. Заглубляем стержни так, чтобы они выступали над уровнем грунта. Если нам все же пришлось бурить скважины, устанавливаем в них уголки и засыпаем грунтом, перемешанным с солью.

3. Используя стальную полосу 40*5 мм  привариваем ее к электродам, образуя контур в виде треугольника. Затем от одного из них ведем полосу до вводно-распределительного устройства.

4. Привариваем к полосе стальные болты d=8 мм. затем к болтам соединяем все силовые щиты с помощью проводника ПВ3  1х16 мм2.

5. Проверяем сопротивление контура заземления Омметром. Показатель сопротивления должен быть меньше требуемого. Если нет, тогда необходимо вбивать дополнительные электроды. Если сопротивление оказалось достаточным, засыпаем траншею однородным грунтом без строительного мусора и щебня.

 

Заземление в частном доме из гладкой арматуры и полосы стальной.

 

Стальная  гладкая арматура ,уголок и полоса вполне подходящий материал для изготовления основного контура заземления.

Практика показывает, что для изготовления контура заземления в частном доме вполне подходит схема линейного заземления и схема треугольного заземления с использованием трех вертикальных заземляющих электродов.

 Схема линейного заземления используют как правило при недостатке места (территории) для размещения треугольного контура заземления вблизи частного дома, но не далее 10 метров от объекта.

Электрические характеристики у обоих схем практически идентичные, и зависят во многой степени от свойств грунта Вашего землевладения.

Горизонтальные и вертикальные заземлители должны выполняться из черной или оцинкованной стали либо из меди . Ввиду своей дороговизны медные заземлители, как правило, не применяются. Так же не следует выполнять заземлители из рифленной  арматуры — наружный слой арматуры каленый из-за чего нарушается распределение тока по ее сечению, кроме того она сильнее подвержена коррозии.

Рекомендуется применять арматуру гладкую не окрашенную с поперечным сечением не мене 1. 5кв см.,тоесть арматура А1(гладкая) диаметром 16 мм вполне подходит для заземления  электромонтажной системы частного домовладения.

Возьмите длину заземляющих электродов 3 метра, расстояние между ними 2,5 — 3 метра, не ошибетесь.

Из данной арматуры можно будет изготовить и вертикальные электроды с подводкой к дому, к выходу к дому (закрепить к фундаменту).К концу арматуры привариваете болт D 8 -10 мм., в дом к распредщитку заводите медный кабель, обжатый медными наконечниками.

Сопротивления изготовленного контура заземления для частного дома должно составлять от 10 Ом и ниже.

Пошаговая инструкция монтажа заземления своими руками

  1. Подземная часть заземлителя должна находиться от фундамента капитальных построек на расстоянии более одного метра.
  2. Вертикальный заземлитель необходимо вкопать в почву на глубину ниже уровня промерзания грунта или же уровня просыхания грунта (для южных широт), то есть на глубину, где поддерживается постоянный уровень влажности.
  3. Для закапывания заземлителя необходимо вырыть траншею (треугольную) и удобные ямы (0.5 — 0.7 м) в местах расположения вершин треугольника для его укладки, обваривания.
  4. Теперь вбиваем металлические  стержни арматуры или стальные уголки ,в землю по вершинам выкопанного треугольника. Эта работа значительно упроститься, если нижнюю часть уголка или арматуры предварительно заострить. Над поверхностью оставляем края длинной 25 — 30 см.
  5. После того, как все 3 элктрода  будут вбиты, они соединяются между собой, образуя треугольник, или же готовый треугольник приваривается вершинами к забитым уголкам.
  6. Все сварные места следует обработать грунтовкой для возникновения антикоррозийного слоя.
  7. От треугольника прокапывают траншею к месту заведения шины в дом. В нее прокладывают горизонтальный заземлитель.
  8. Перед электрощитом на конец шины (проволоки круглого сечения или полосы) приваривается болт М5 или М8 для удобного крепления провода заземления и соединения его с щитком.
  9. Все траншеи засыпаются землей.

Дальнейшее подключение контура заземления к электропроводке дома необходимо выполнять по четко разработанной схеме и по определенной системе подключения.

Заземление частного дома выполняет две важнейшие функции:

  • защита человека от поражения электрическим током;
  • защита бытовых приборов нового поколения (с микропроцессорным управлением) от аварийных режимов в электросети.

Возникновение аварийных режимов, отчасти, может быть спровоцировано наличием в быту современной мощной техники, повышающей нагрузку электросетей, качество которых не удовлетворяет современным условиям эксплуатации.

Особенно важна функция заземления в дачных поселках и деревнях, где проблемы электроснабжения наиболее выражены. Реальный риск использования мощной бытовой техники присутствует в помещениях с повышенной влажностью. Отопительные электроприборы можно использовать только при наличии полноценного заземляющего контура.

 

 

 

Как производится расчет контура заземления

Для того чтобы система грозозащиты была эффективной и охватывала все объекты, которые необходимо оградить от воздействия молнии, необходимо правильно провести расчет контура заземления. Основные принципы расскажем в статье.

Контур заземления и его устройство

Чаще всего заземление обустраивается при помощи стальных стержней электродов – их загоняют глубоко в землю и соединяют вместе при помощи проволоки либо прута. Глубина зависит от множества факторов. Основным из них можно назвать насыщенность грунта водой. Соответственно, чем этот показатель ниже, тем глубже необходимо закопать заземлитель.

 Не забывайте, что расстояние от дома до устройства системы должно быть строго от 1 до 10 метров.

Особенности устройства системы

Итак, основные требования, которые предъявляются к заземлителям – гладкая структура и пожаростойкий материал, например сталь, медь или алюминий. Допускается использование арматуры, трубы и прочих предметов, которые соответствуют названным параметрам.

Все эти стержни располагаются в виде определенной геометрической фигуры. Выбор ее зависит от того, какую именно удобно использовать в данном случае. Но наиболее удобным по-прежнему остается треугольник.

Иногда стержни располагают по периметру здания. Однако учитывайте, что контур обязательно должен располагаться ниже уровня промерзания грунта.

То есть, как вы поняли, заземление можно обустроить при помощи подручных материалов. Однако в продаже имеются и специальные комплекты. Хоть стоимость их не самая низкая, именно такая система прослужит  дольше всего и облегчит задачу монтажа.

Расчет контура заземления – пример

Естественно, что каждый проект необходимо рассматривать в отдельности. В качестве примера рассмотрим заземление одного коттеджа.

Даны следующие факты:

  • Почвенный грунт, удельное сопротивление которого 60 Ом\метр;
  • Были выбраны заземлители: 50й уголок 2,5 метров, ширина полки этого уголка – 0,05 м. , расстояние между заземлителями равно 2,5 метра;
  • Глубина выкопанной траншеи – 0,7 метр;
  • Сопротивление, необходимое для заземления – 10 Ом.

Теперь руководствуясь специальными таблицами, которые можно найти в ПУЭ, определяем коэффициенты, которые характерны для вашей климатической зоны. В нашем примере мы выбрали вторую группу.

Сопротивление почвы рассчитывается по формуле:

С = К * Р = 0,87 Ом\м

Диаметр заземлителя соответствует формуле Д = 095 * Р (ширина полки).

В нашем случае мы получаем 0,0475 (0,05)м.

Заглубление вычисляется по формуле – 0,5 * L (длина заземлителя) * t (глубина траншеи).

У нас получается 1,75.

Общая формула выглядит так:

R = C \ 2П1 (1n 21\d + 0,5 * 1n * 4h+1 \ 4h – 1. У нас получатся 27, 58 м.

Как видите, в этом нет ничего сложного, но если вы не уверены в правильности своих действий, то лучше обратитесь к специалисту. В этом случае вы получите гарантию на проделанные работы, а также специальный паспорт заземления с его схемой.  

Какой формы должен быть качественный контур заземления? | Лампа Эксперт

При организации контура заземления большинство предпочитают схему «треугольник». Действительно ли это не только единственная, но и самая удобная и надежная форма контура заземления? В этой статье мы постараемся решить этот вопрос.

Третьим будешь?

Начнем с количества заземлителей. Почти все блогеры ссылаются на ПУЭ и приводят цифру «3» как минимально допустимую. Кто-нибудь из них вообще этот документ читал? Где там про 3 заземлителя написано?

Полезно! Количество заземлителей не оговаривается ни в ПУЭ, ни в СНиП. Заземлителей может быть любое количество – хоть 1. Главное, чтобы он обеспечивал необходимое общее сопротивление заземляющего устройства:

1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Какой длины?

Куда ни… почитай, везде указывается цифра 2.5 – 3 м. Откуда она упала? Почему не 1 и не 5? В ПУЭ оговаривается материал заземлителя, его диаметр (для трубы) или площадь поперечного сечения (для уголка и прямоугольного профиля) и толщина стенки. Все. Никаких длин, никаких окружностей.

  • 1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.
  • 1.7.113. Прокладка в земле алюминиевых неизолированных проводников не допускается.

Таблица 1.7.4 Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Полезно! То, что заземлители должны быть вертикальными, тоже нигде не оговаривается. Согласно ПУЭ, они могут быть и горизонтальными.

Треугольник – единственный вариант?

Ни в одном нормативном документе не оговаривается форма контура. Она может быть любой – хоть квадратиком, хоть ромбиком. Можно даже выстроить заземлители в шеренгу по одному. На подстанциях вы не найдете никаких треугольников. Практически везде они прямоугольные, расположенные по периметру ТП.

Прямоугольный контур заземления

Прямоугольный контур заземления

Зона растекания

Да она существует и представляет собой окружность, примерно равную длине заземлителя. И желательно, чтобы расстояние между заземлителями было больше их длины. Желательно не по причине того, что якобы если близко, то с одного заземлителя ток потечет не в землю, а на другой (по пути наименьшего сопротивления).

С какого перепугу ему перебегать с одного заземлителя на другой, если оба они приварены к одной железке и имеют один потенциал? Прям вечный двигатель какой-то. Просто чем дальше заземлители расположены друг от друга, тем лучше значение коэффициента использования, который, в свою очередь, влияет на сопротивление контура.

Очень может быть, что сопротивление такого контура будет в норме

Очень может быть, что сопротивление такого контура будет в норме

Полезно! При необходимости заземлители можно расположить и рядом, но тогда, возможно, придется принимать дополнительные меры – увеличивать длину штырей или их количество. А может и не придется.

Делаем качественное заземление

Итак, мы выяснили, что в ПУЭ нет абсолютно никакой информации, по которой можно было бы сделать качественное заземление. Но на самом деле это абсолютно не так. Все там есть, просто прежде, чем хватать кувалду и заколачивать доставшиеся с оказией трубы, валяющиеся во дворе пятый год, необходимо взять лист бумаги и серьезно поработать головой.

То есть, произвести расчет, в котором будут фигурировать удельное электрическое сопротивление грунта (зависит от типа почвы), коэффициент использования (расстояние между заземлителями) и множество других факторов, включая климатическую зону. А выглядеть формулы для расчета будут примерно так:

Формулы расчетов заземлительного контура

Формулы расчетов заземлительного контура

Только в этом случае заземление получится качественным. Но кто этим будет заниматься, если заземление нужно сделать в частном доме? Вот и берем мы три трубы, забиваем их, свариваем полосой и ладушки. А проверить? Да элементарно. Один конец контрольки в фазу, другой на контур. На глаз горит нормально? Заземление отличное!

Вот так на глаз и делаем… Авось пронесет. Возможно и пронесет, просто если считать лень или Богом не дано, то все же не стоит экономить. Взять подлиннее штыри, не ограничиваться тремя, особенно если земля сухая, разнести их подальше.

Важно! Но даже таких мер может оказаться недостаточно, поэтому если мы все же рискнули, то лучше потратить немного денежек и пригласить электролабораторию – пусть проверят что мы наделали.

Вот мы и выяснили, как построить качественное заземление. Дело это сложное и требует соответствующих знаний, а не только физической силы. А треугольник тут совсем ни при чем…

9 Рекомендуемые методы заземления

Основа безопасности и качества электроэнергии

Заземление и соединение являются основой, на которой строятся безопасность и качество электроэнергии. Система заземления обеспечивает путь с низким импедансом для тока короткого замыкания и ограничивает повышение напряжения на металлических компонентах электрораспределительной системы, обычно не проводящих ток.

9 Рекомендуемые методы заземления (фото: ag0n.net)

В условиях неисправности низкий импеданс приводит к протеканию высокого тока короткого замыкания , вызывая срабатывание устройств защиты от перегрузки по току, устраняя неисправность быстро и безопасно.Система заземления также позволяет безопасно отводить на землю переходные процессы, такие как молния.

Соединение — это преднамеренное соединение металлических компонентов, обычно не являющихся токоведущими, для формирования электропроводящего пути. Это помогает гарантировать, что эти металлические компоненты имеют одинаковый потенциал, ограничивая потенциально опасные перепады напряжения.

Особое внимание следует уделить установке системы заземления, которая превосходит минимальные требования NEC для повышения безопасности и качества электроэнергии.

1. Проводники заземления оборудования

Изумрудная книга IEEE рекомендует использовать проводники заземления оборудования во всех цепях, не полагаясь только на систему кабельных каналов для заземления оборудования. Используйте заземляющие проводники оборудования, размеры которых равны фазным проводникам, чтобы уменьшить импеданс цепи и сократить время отключения устройств защиты от перегрузки по току.

Проводник заземления оборудования

Соедините все металлические корпуса, кабельные каналы, коробки и проводники заземления оборудования в единую электрически непрерывную систему.Рассмотреть возможность установки заземлителя оборудования проволочного типа в качестве дополнения к проводнику заземления оборудования только для кабелепровода для особо чувствительного оборудования .

Минимальный размер заземляющего проводника оборудования для обеспечения безопасности указан в NEC 250.122, но из соображений качества электроэнергии рекомендуется использовать полноразмерный заземляющий проводник.

Вернуться к оглавлению ↑

2. Изолированная система заземления

В соответствии с NEC 250.146(D) и NEC 408.40 Исключение: рассмотрите возможность установки изолированной системы заземления, чтобы обеспечить чистый эталонный сигнал для правильной работы чувствительного электронного оборудования.

Изолированная система заземления ответвленных цепей (фото: iaeimagazine.org)

Изолированное заземление — это метод, который пытается уменьшить вероятность проникновения «шума» в чувствительное оборудование через заземляющий провод оборудования. Штырь заземления электрически не связан с ярмом устройства и, следовательно, не соединен с металлической розеточной коробкой. Таким образом, он «изолирован» от заземления зеленого провода.

Отдельный провод, зеленый с желтой полосой, проложен к щиту вместе с остальными проводниками цепи, но обычно не соединен с металлическим корпусом. Вместо этого он изолирован от корпуса и полностью проходит к заземляющей шине сервисного оборудования или к заземляющему соединению отдельной системы. Изолированные системы заземления иногда устраняют циркулирующие токи контура заземления.

Обратите внимание, что NEC предпочитает термин изолированное заземление , в то время как IEEE предпочитает термин изолированное заземление .

Вернуться к оглавлению ↑

3. Заземление ответвлений

Замените ответвления, не имеющие заземления оборудования, на ответвления с заземлением оборудования. Чувствительное электронное оборудование, такое как компьютеры и оборудование с компьютерным управлением, требует заземления, обеспечиваемого заземляющим проводником оборудования, для правильной работы и защиты от статического электричества и скачков напряжения.

Неиспользование заземляющего проводника оборудования может привести к протеканию тока через низковольтные цепи управления или связи, которые могут выйти из строя и повредиться, или через землю.

Устройства защиты от перенапряжения (SPD) должны быть подключены к заземляющему проводнику оборудования.

Вернуться к оглавлению ↑

4. Сопротивление заземления

Измерьте сопротивление системы заземляющих электродов относительно земли.

Примите разумные меры для обеспечения того, чтобы сопротивление заземления составляло 25 Ом или менее для типичных нагрузок .Во многих промышленных случаях, особенно там, где присутствуют электронные нагрузки, существуют требования, которые требуют значений от 5 Ом или меньше во много раз ниже 1 Ом.

Измерение сопротивления заземления методом падения потенциала (фото предоставлено: eblogbd.com)

Для этих особых случаев установите программу технического обслуживания чувствительных электронных нагрузок для измерения сопротивления заземления раз в полгода, первоначально с использованием измерителя сопротивления заземления . После этого сопротивление заземления следует измерять не реже одного раза в год.

При проведении этих измерений должны быть приняты соответствующие меры безопасности для снижения риска поражения электрическим током .

Запишите результаты для дальнейшего использования. Исследуйте значительные изменения в измерениях сопротивления заземления по сравнению с историческими данными и исправьте недостатки системы заземления. Проконсультируйтесь со специалистом по электрическому проектированию для получения рекомендаций по уменьшению сопротивления заземления, где это необходимо.

Вернуться к оглавлению ↑

5.Заземляющие стержни

NEC разрешает размещать заземляющие стержни на расстоянии не более 6 футов друг от друга, но сферы действия стержней верны.

Рекомендуется размещать несколько заземляющих стержней на расстоянии не менее двойной длины стержня друг от друга. Установите глубоко забитые или химически усиленные заземляющие стержни в гористой или каменистой местности, а также в местах с плохим состоянием почвы. Подробное проектирование систем заземления выходит за рамки этого документа.

Заземляющий электрод

Вернуться к указателю ↑

6.Заземляющее кольцо

В некоторых случаях может быть целесообразно установить медное заземляющее кольцо , дополненное приводными заземляющими стержнями , для нового коммерческого и промышленного строительства в дополнение к металлическим водопроводным трубам, конструкционным стальным конструкциям и бетонным корпусам. электроды, как того требует Кодекс.

Кольца заземления обеспечивают удобное место для соединения нескольких электродов системы заземления, например, нескольких заземлений Ufer, молниеотводов, нескольких вертикальных электродов и т. д.

Установите заземляющие кольца полностью вокруг зданий и сооружений и ниже линии промерзания в траншее со смещением на несколько футов от основания здания или сооружения. Там, где необходим низкий импеданс заземления, дополните заземляющее кольцо приводными заземляющими стержнями в тройной конфигурации в каждом углу здания или сооружения и в средней точке каждой стороны.

Аварийный генератор, подключенный к кольцевому заземлению и дополнительно заземленный на арматурные стержни в бетонной подушке (фото предоставлено psihq.com)

Минимальный размер проводника NEC для заземляющего кольца составляет 2 AWG , но чаще используются размеры до 500 kcmil . Чем больше проводник и чем длиннее проводник, тем большая площадь поверхности соприкасается с землей и тем меньше сопротивление относительно земли.

Вернуться к оглавлению ↑

7. Система заземляющих электродов

Системная шина заземляющих электродов (фото предоставлено: electric-contractor.net)

Соединение всех имеющихся заземляющих электродов , включая металлические подземные водопроводные трубы, конструкционную строительную сталь , электроды в бетонном корпусе, трубчатые и стержневые электроды, пластинчатые электроды, а также заземляющее кольцо и все подземные системы металлических трубопроводов, которые пересекают заземляющее кольцо, к системе заземляющих электродов.

Соедините заземляющие электроды отдельных зданий в университетском городке вместе, чтобы создать единую систему заземляющих электродов.

Соедините все электрические системы , такие как электроснабжение, кабельное телевидение, спутниковое телевидение и телефонные системы, к системе заземляющих электродов. Прикрепите наружные металлические конструкции, такие как антенны, радиомачты и т. д., к системе заземляющих электродов. Прикрепите токоотводы молниезащиты к системе заземляющих электродов.

Вернуться к оглавлению ↑

8.Система молниезащиты

Медные системы молниезащиты могут превосходить другие металлы как по факторам коррозии, так и по факторам технического обслуживания. NFPA 780 (Стандарт по установке систем молниезащиты) следует рассматривать как минимальный стандарт проектирования.

Система молниезащиты здания (фото предоставлено Schneider Electric)

Система молниезащиты должна быть подключена только к высококачественной, надежной и низкоомной системе заземляющих электродов .

Вернуться к оглавлению ↑

9. Устройства защиты от перенапряжения (SPD) (ранее называвшиеся TVSS)

Настоятельно рекомендуется использовать устройства защиты от перенапряжения. Обратитесь к стандарту IEEE 1100 (The Emerald Book) по проектным решениям. Систему защиты от перенапряжения следует подключать только к высококачественной, надежной и низкоомной системе заземляющих электродов.

Устройство защиты от перенапряжения — однолинейная схема (кредит: Schneider Electric)

Как правило, устройство защиты от перенапряжения не следует устанавливать после источника бесперебойного питания (ИБП).Ознакомьтесь с рекомендациями производителей.

Вернуться к указателю ↑

Справочник // Рекомендуемые методы проектирования и монтажа систем медных проводов для зданий — Copper Development Association Inc.

Заземление и молниезащита согласно NFPA 780 и 70.

Основная цель этой публикации – создать план освещения L P и план системы заземления с хорошим знанием стандартных ссылок.

NFPA 780 (молниезащита) КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ.

A) Молниеприемники высотой 0,6 м по краю (в пределах 0,6 м от края крыши) с максимальным расстоянием 7,6 м. Молниеприемники высотой 0,6 м с максимальным расстоянием 15 м. [4.8.2.1], [4.8.3].

B) 45 м максимальная длина поперечного провода допускается без соединения поперечного провода с главным периметром или токоотводом.[4.8.3].

C) Два Токоотвода Минимум для конструкции любой формы с максимальным расстоянием 30м.Если они проходят по железобетонным колоннам или в них, или по колоннам из конструкционной стали, они должны быть соединены с арматурной сталью или элементом из конструкционной стали на их верхних и нижних концах с максимальным интервалом по вертикали 60 м. [4.9.10.1].

D) Неизолированная петля  минимальный размер  58 кв. мм для класса II И 29 кв. мм для класса I, В то время как обычно используется 25X3 мм (или 70 кв. мм).

E) Заземляющие стержни должны быть диаметром не менее 12,7 мм и длиной 2,4 м и уходить вертикально не менее чем на 3 м в землю с минимальным расстоянием между ними 6 м.[4.13.23].

F)   Заземляющий кольцевой электрод , непосредственно контактирующий с землей, состоящий из неизолированного медного проводника длиной не менее 6 м площадью не менее 35 мм2. [NEC2011,250.52(A)(4)] с минимальной глубиной 4,6 м ниже уровня земли, должны быть соединены со стальными колоннами по периметру конструкции с интервалами в среднем не более 18 м. [4.16.4.1].

G) Петля Обычно используется заземляющий провод сечением 120 кв.мм.

H) G закругление E электрод C проводник в соответствии с показанной таблицей NEC 250.66.

I)  Радиус рассматриваемой сферы составляет 46,0 м. [4.7.4].

J) Следующие рисунки для типовых планов систем.

План защиты освещения пола на крыше (типовой)

 

План системы освещения первого этажа (типовой)

 

Изометрия обычного здания (типовая)

 

 

K) На следующих рисунках показаны справочные данные NEC для размеров кабеля ЗАЗЕМЛЕНИЯ.

Заземление оборудования на петлю/стержень заземления В зависимости от размера фидера оборудования.

 

Заземление оборудования с питающим кабелем.

 

Показаны различные заземляющие проводники/электроды.

 

Соединение между молниезащитой и заземлением оборудования.

 

 

Нравится:

Нравится Загрузка…

Родственные

Заземление кабелей и проводов | Контуры заземления

Цепи низкого уровня часто соединяются между собой экранированными кабелями, в основном для защиты от внешних помех. Помимо эффективности самой конструкции экрана, еще более важной является целостность соединения с землей. Плохая почва может быть хуже, чем ее отсутствие.

Обратный путь сигнала

Используемый в качестве обратного пути сигнала, типичный для коаксиальных кабелей, экран служит вторичной цели экранирования центрального проводника от внешних полей. Эта двойная роль может существовать и в некоаксиальных кабелях.

Сопротивление плетеного экрана обычно намного ниже, чем у других проводников.Это может быть желательно в обратной цепи, но это особенно важно для обеспечения низкого импеданса против внешней индукции. По этой причине выводы должны быть тщательно выполнены, иначе экран будет бесполезен в качестве шумозащитного экрана. На самом деле, поскольку экран представляет собой прямой «провод» и его площадь намного больше, чем у проводника (проводников) внутри, может возникнуть значительный дисбаланс наведенного тока, вызывающий шум. Неэкранированная витая пара, вероятно, будет более невосприимчивой к шуму.

Простое экранирование

В качестве чистого барьера для электромагнитных помех заземленный экран действует как токопроводящий канал для проводника (проводников) внутри.«Заякоренный» на потенциале земли, который не позволяет ему плавать, куда бы его ни направила магнитная или электрическая среда, экран служит не столько средством ограждения от шума, сколько просто разделяет возмущающее электрическое поле и направляет часть его в земля.

Важно знать, что никакой экран не может защитить от магнитных полей так же эффективно, как простое физическое пространство между источником шума и затронутыми проводниками. Всего 0,5 дюйма могут уменьшить магнитную связь более чем на 30 дБ, улучшив примерно до 70 дБ при расстоянии 4 дюйма.Это, пожалуй, лучшее средство от шума, возникающего в сильноточной проводке.

Контуры заземления

Контуры заземления создают намного больше шума, чем это гарантировано, учитывая, насколько легко их устранить при продуманной установке. Шум контура заземления легко изобразить: каждый проводник, включая сам планер, имеет некоторое сопротивление, и любой ток, проходящий через него, вызывает падение напряжения между его источником и нагрузкой. См. рис. 1 .Проблема контура заземления возникает, когда несколько цепей имеют один и тот же обратный проводник, часто экран, предназначенный для заземления, поэтому падение напряжения от одного пути тока просто проявляется в другом, добавляя «чужой шум» к другому. чистый сигнал.

Кроме того, если несколько систем «последовательно подключены» к земле, любая из них может выступать в качестве слабого звена и отражать свои текущие колебания в виде шума во всех них. Общие основания лучше всего использовать в конфигурации звезды.

Заземление рамы

Обратный путь никогда не должен быть заземлением кадра.Хотя он может быть металлическим и способным проводить ток, он не предназначен для использования в качестве активного проводника. Идеальный возврат для любой цепи должен быть эксклюзивным для этой цепи, хотя нередко встречаются общие обратные пути, где ток каждого сигнала очень низок. Тем не менее, хорошая практика предполагает не более пяти сигнальных проводников на землю. Использование рамки для обратного сигнала или токонесущего «lo» — плохая экономия и открытое приглашение к проблемам. Лучше всего зарезервировать раму для ее структурной роли; однако, подключив его к заземлению батареи в одной точке, вы получите эффект универсального электростатического экрана для всего самолета.

Усовершенствованный комплексный подход к использованию заземления заключается в том, чтобы использовать его только в качестве заземления, ограничивая сигналы и линии электропередач выделенными проводниками. Примером может служить симметричная экранированная аудиолиния на основе витой пары.

Будет ли реальная земля, пожалуйста, идентифицирует себя?

Существует ли более одной «настоящей» земли? да.

  1. Для сигнального тракта «настоящей» землей является системная земля, истинный пункт назначения для обратного сигнала. Никакая другая точка отсчета не так хороша. Хорошей практикой подключения экрана, предназначенного только для защиты, является подключение его к заземлению системы.Это не позволяет ему зависать с «чужими» источниками сигнала и становиться источником шума для той самой схемы, которую он предназначен защищать. Его можно сравнить с расширением самого корпуса системы.
  2. Какое заземление вы используете между системами? Дело в том, что они обязательно могут делить землю, как в случае передачи сигнала между ними по коаксиальному кабелю. Если это так, то на каждом конце требуются тщательные процедуры заземления. В противном случае плохое соединение может вызвать серьезные помехи почти в любом месте, и может быть важна непрерывность обратного пути.В идеале возвратные сигналы должны быть изолированы от земли, а все экраны должны быть подключены только с одного конца. См. рис. 2. В некоторых случаях изолирующий внешний экран триаксиальных и квадраксимальных кабелей обеспечивает желаемое экранирование и изоляцию. Это позволяет установить внутреннее экранирование в качестве заземления сигнала и обратного пути, если это необходимо.
  3. «Универсальная» площадка, планер, представляет собой оболочку, в которой размещены все остальные системы. Но это только оболочка и лучше всего в своей строго пассивной роли по отношению ко всем остальным системам, например, блок авионики, который заслуживает собственного признания.Это справедливо и для любой другой бортовой системы. Каждый из них, от стартеров двигателей до развлекательных систем в салоне и TCAS, будет работать более эффективно и с меньшими помехами, используя свой собственный наземный путь.

Ценность «универсального» экрана сомнительна для самолетов с конструкцией из композитных материалов, что приводит к другим опасениям по поводу воздействия HIRF — излучаемых полей высокой интенсивности.

Витая пара

Не  название рок-группы.

Экранирование лучше всего блокирует электростатические шумовые поля и полезно для шунтирования некоторых электро- магнитных  помех, но не так эффективно для устранения электромагнитных помех, как витые пары сигнальных проводников. Это было популярное средство от шума с первых дней появления телефонов.

Каждый проводник, находящийся в изменяющемся магнитном поле, действует как вторичная обмотка трансформатора, производя некоторый ток, повторяющий форму волны «первички» или источника поля.(Изменения в поле могут быть вызваны переменным током или любым переменным током в проводнике (проводниках) источника поля или даже физическим движением проводника постоянного тока, например вибрацией.) Фактически, трансформаторы сконструированы так, чтобы использовать этот факт.

Учитывая, что каждая цепь является цепью  (двусторонний путь для движения электронов или сигнала), ток будет течь по обоим проводам: по паре. Внешние поля с радостью индуцируют некоторый ток в этих проводниках, совершенно не заботясь о том, загрязнит ли это сигнал в цепи.

Витые пары Un всегда располагают один проводник ближе к источнику поля, и, хотя они могут получать почти одинаковую индукцию (таким образом, имея «сбалансированный» шум в обоих случаях), на самом деле они никогда не бывают одинаковыми. В результате всегда будет возникать, по крайней мере, некоторый нежелательный дифференциальный ток.

При скручивании сигнальной пары проводники чередуются вблизи шумового поля в течение каждого цикла скручивания, эффективно устраняя эффект загрязняющего поля.Фактически, несмотря на то, что шум присутствует в обоих проводах, крутка помогает гарантировать, что он будет одинаковым в каждом проводе, и результатом является почти идеальная балансировка.

Лучший способ свести к минимуму нежелательные «обмены» сигналами — просто увеличить расстояние между кабелями, но часто это сложно или нецелесообразно. В таких случаях может очень помочь триаксиальный кабель, скрутка и/или разумное заземление.

Заземление и соединение электрических систем Справка

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы. Откройте окно поиска (ctrl+f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материалах курса

Цель.

Целью этого курса является ознакомление инженеров с вопросами заземления и соединения электрических систем, связанными с системами с глухим заземлением под напряжением 600 В. Этот курс может служить введением в заземление и подключение для инженеров с небольшим опытом или вообще без профессионального проектирования электрических систем. Курс также представляет практическую, но малоизвестную информацию о применении заземления и соединения, которая будет полезна даже самым опытным профессионалам в области электрического проектирования.

Зачем тратить время на изучение заземления и связи?

 Многие специалисты по электротехнике придерживаются популярного и ошибочного мнения о том, что заземление металлического предмета (посредством его прямого соединения с землей)
поможет устранить опасное напряжение, вызванное замыканием линии на землю.Заземление объекта никак не устраняет опасное напряжение или снижает напряжения прикосновения или шага, которые ежегодно являются причиной нескольких смертей.

 Неправильное заземление и соединение являются частой причиной несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током.

 Эффективное заземление играет важную роль в правильной работе чувствительного электронного оборудования.

 «Более 80% всех отказов электронных систем, связанных с аномалиями питания, на самом деле являются результатом ошибок электропроводки или заземления или вызваны другими нагрузками на объекте заказчика.EPRI (Научно-исследовательский институт электроэнергетики)

 «Из всех проблем с электропитанием и заземлением, влияющих на электронное оборудование, почти 90% вызваны электропитанием и условиями заземления внутри объекта, в котором используется оборудование… Что еще более важно, почти 75% Одна из проблем с качеством электроэнергии внутри объекта связана с заземлением, что делает его единственным наиболее важным фактором с точки зрения объекта для обеспечения надежной работы оборудования». Уоррен Льюис, журнал ECM

 Издание 2005 года Национального электротехнического кодекса (NEC) включало полный пересмотр и переименование статьи 250 (ранее называвшейся «Заземление»), которая, по словам редакторов NEC Handbook, была « одно из самых значительных изменений, произошедших в новейшей истории Кодекса».

База и ресурсы.

Следующие ресурсы служат основной основой информации, представленной в этом курсе
, и на них будут делаться ссылки в материалах курса:

 Национальный электротехнический кодекс (NEC), статья 250 – издание 2005 г.

 Стандарт IEEE 1100-1999 (Рекомендуется Практика подачи питания и заземления чувствительного электронного оборудования

 Стандарт IEEE 142-1982 «Заземление промышленных и коммерческих энергосистем»

 AEMC: понимание испытаний сопротивления заземления (Рабочая тетрадь, выпуск 6.0)

Для многих инженеров, подрядчиков и техников Национальный электротехнический кодекс и его статья 250 (Заземление и соединение) являются единственной основой для проектирования и установки системы заземления.

Перед началом курса крайне важно ознакомиться с назначением и ограничениями Национального электротехнического кодекса (NEC), чтобы понять, как следует применять NEC.

Статья 90.1 Национального электротехнического кодекса устанавливает его цель и преднамеренные ограничения:

90. 1 Цель

(A) Практическая защита. Целью настоящего Кодекса является практическая защита людей и имущества от опасностей, связанных с использованием электричества.

(B) Адекватность. Настоящий Кодекс содержит положения, которые считаются необходимыми для обеспечения безопасности. Их соблюдение и надлежащее техническое обслуживание приводят к тому, что установка практически безопасна, но не обязательно эффективна, удобна или адекватна для хорошего обслуживания или будущего расширения использования электроэнергии.

(C) Назначение. Настоящий Кодекс не предназначен для использования в качестве проектной спецификации или руководства по эксплуатации для необученных лиц!

В соответствии с NEC – Инженеры, проектирующие и определяющие заземление и соединение, не должны использовать Национальный электротехнический кодекс (NEC) в качестве кулинарной книги.

NEC не заменяет понимания теории требований кода.

Чтобы понять заземление и связь, важно знать значения слов, которые мы будем использовать. Статья 110 Национального электротехнического кодекса дает определения слов, которые мы будем использовать в этом курсе. Они перечислены в порядке важности, а не обязательно в алфавитном порядке.

Приложение 1 Различные компоненты заземления и соединения

Заземляющий проводник. Преднамеренно заземленный провод системы или цепи. Его также обычно называют нейтральным проводником в заземленной системе «звезда».

Провод заземления. Проводник, используемый для соединения оборудования или заземленной цепи электропроводки с заземляющим электродом или электродами.

Заземляющий проводник, оборудование. Проводник, используемый для соединения нетоковедущих металлических частей оборудования, кабельных каналов и других корпусов с заземляющим проводом системы, проводником заземляющего электрода или и тем, и другим, на сервисном оборудовании или на источнике отдельной системы.В статье 250.118 NEC описаны различные типы заземляющих проводников оборудования. Правильные размеры заземляющих проводников оборудования указаны в 250.122 и в таблице 250.122.

Заземляющий электрод. Устройство, которое устанавливает электрическое соединение с землей.

Проводник заземляющего электрода. Проводник, используемый для соединения заземляющего электрода (электродов) с заземляющим проводником оборудования, с заземляющим проводником или с обоими, при обслуживании, в каждом здании или сооружении, где питается от фидера (фидеров) или ответвленной (ых) цепи (цепей) или в источнике отдельно производной системы.

Склеивание (склеивание). Неразъемное соединение металлических частей с образованием электропроводящего пути, обеспечивающего электрическую непрерывность и способность безопасно проводить любой ток, который может быть введен.

Целью соединения является создание эффективного пути для тока повреждения, что, в свою очередь, облегчает работу устройства защиты от перегрузки по току. Это объясняется в статьях 250. 4(A)(3) и (4) Национального электротехнического кодекса и 250.4(B)(3) и (4). Конкретные требования к склеиванию содержатся в Части V Статьи 250 и в других разделах Кодекса, как указано в Статье 250 NEC.3.

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

Выбивные заглушки как концентрического, так и эксцентричного типа могут ухудшить электропроводность между металлическими частями и создать ненужное сопротивление пути заземления. Установка соединительной перемычки (перемычек) является одним из методов, который часто используется между металлическими дорожками качения и металлическими деталями для обеспечения электропроводности. Соединительные перемычки можно найти на сервисном оборудовании [NEC 250.92(B)], соединение на напряжение более 250 вольт (NEC 250.97) и компенсационные фитинги в металлических дорожках качения (NEC 250.98). На рисунке 2 показана разница между концентрическими и эксцентрическими нокаутами. На рис. 2 также показан один из способов установки перемычек на этих типах заглушек.

Приложение 2 Соединительные перемычки, установленные вокруг концентрических или эксцентричных выбивных отверстий.

Соединительная перемычка, оборудование. Соединение между двумя или более частями заземляющего проводника оборудования.

Соединительная перемычка, главная. Соединение между заземляющим проводником и заземляющим проводом оборудования на службе.

На рис. 3 показана основная соединительная перемычка, используемая для обеспечения соединения между заземляющим служебным проводником и заземляющим проводником оборудования в техническом обслуживании. Соединительные перемычки могут располагаться по всей электрической системе, но основная соединительная перемычка находится только на сервисе. Основные требования к соединительным перемычкам приведены в NEC 250.28.

Приложение 3. Основная соединительная перемычка, установленная на линии между заземляющим рабочим проводом и заземляющим проводом оборудования.

Соединительная перемычка, система. Соединение между заземляющим проводом цепи и заземляющим проводом оборудования в отдельно выделенной системе.

На рис. 4 показана соединительная перемычка системы, используемая для обеспечения соединения между заземляющим проводником и заземляющим проводником (проводниками) оборудования трансформатора, используемого в качестве отдельной системы.

Приложение 4. Системная перемычка, установленная рядом с источником отдельной системы между заземляющим проводом системы и заземляющим проводом(ами) оборудования.

Соединительные перемычки системы расположены рядом с источником отдельно выведенной системы. Системная соединительная перемычка используется в производной системе, если производная система содержит заземляющий проводник. Как и основная соединительная перемычка на сервисном оборудовании, системная соединительная перемычка обеспечивает необходимую связь между заземляющими проводниками оборудования и заземляющим проводником системы, чтобы создать эффективный путь для тока замыкания на землю. Требования к соединительным перемычкам системы приведены в NEC 250.30(А)(1).

Заземлен. Подключен к земле или к какому-либо токопроводящему телу, которое служит вместо земли.

Эффективное заземление. Преднамеренно соединены с землей через заземляющее соединение или соединения с достаточно низким импедансом и достаточной допустимой нагрузкой по току для предотвращения нарастания напряжения, которое может привести к неоправданной опасности для подключенного оборудования или людей.

С глухим заземлением. Подключено к земле без установки какого-либо резистора или импедансного устройства.

 Распространенным заблуждением является то, что заземление и соединение — это одна и та же тема. Хотя они связаны, они не одинаковы. Целью этого курса является разъяснение каждой темы.

 Издание 2005 года Национального электротехнического кодекса признало это и изменило название статьи 250 (ранее называвшееся «Заземление») на «Заземление и соединение», чтобы подчеркнуть, что заземление и соединение являются двумя отдельными понятиями, но не исключают друг друга и, фактически напрямую взаимосвязаны через требования статьи 250.

 Соединение — это соединение двух или более токопроводящих объектов друг с другом с помощью проводника, например провода.

 Заземление, также называемое «заземлением», представляет собой особую форму соединения, при которой один или несколько токопроводящих объектов соединяются с землей с помощью проводника, такого как провод или стержень.

 Надлежащее заземление объектов (проводников) в полевых условиях обычно включает как соединения между объектами, так и определенное соединение с землей (землей).

Заземление в рамках данного курса означает преднамеренное соединение с землей или другим проводящим телом относительно большой протяженности, которое служит вместо земли.Другое слово для заземления – «заземление». Если мы будем помнить об этом и будем использовать термин «заземление» всякий раз, когда мы используем термин «заземление», это поможет нам понять, что такое заземление (или заземление), а что нет.

Соединение представляет собой соединение токопроводящих частей с целью поддержания общего электрического потенциала и обеспечения электропроводящего пути, который обеспечит электрическую непрерывность и способность безопасно проводить любой ток, который может быть введен. Стандарт IEEE 11:00-1999.

В соответствии со статьей 250.4(A) Национального электротехнического кодекса ниже приведены общие требования к заземлению и соединению заземленных систем. В заземленной системе вторичные обмотки питающего трансформатора могут быть расположены по схеме «звезда» с заземлением общей ветви или по схеме «треугольник» с заземленным отводом по центру или по углу.

Следующие общие требования определяют, для чего требуется заземление и соединение электрических систем. Предписывающие методы, содержащиеся в Статье 250, должны соблюдаться для соблюдения требований к производительности, изложенных в этом разделе.

(1) Заземление электрической системы Электрические системы, которые заземлены, должны быть подключены к земле таким образом, чтобы ограничить напряжение, вызванное молнией, скачками напряжения или непреднамеренным контактом с высоковольтными линиями, и чтобы стабилизировать напряжение относительно земли в нормальном режиме. операция.

(2) Заземление электрического оборудования Непроводящие токопроводящие материалы, в которых заключены электрические проводники или оборудование или которые являются частью такого оборудования, должны быть заземлены таким образом, чтобы ограничивать напряжение относительно земли на этих материалах.

(3) Соединение электрического оборудования Непроводящие токопроводящие материалы, окружающие электрические проводники или оборудование или составляющие часть такого оборудования, должны быть соединены друг с другом и с источником электропитания таким образом, чтобы установить эффективный ток замыкания на землю. дорожка.

(4) Соединение электропроводящих материалов и другого оборудования Электропроводящие материалы, которые могут оказаться под напряжением, должны быть соединены друг с другом и с источником электропитания таким образом, чтобы установить эффективный путь тока замыкания на землю.

(5) Эффективный путь тока замыкания на землю Электрическое оборудование, проводка и другие электропроводящие материалы, которые могут оказаться под напряжением, должны быть установлены таким образом, чтобы создать постоянную цепь с низким импедансом, облегчающую работу устройства максимального тока или детектора заземления для высокоимпедансные заземленные системы. Он должен быть способен безопасно проводить максимальный ток замыкания на землю, который может быть наложен на него из любой точки системы электропроводки, где может произойти замыкание на землю, к источнику электропитания. Земля не должна рассматриваться как эффективный путь тока замыкания на землю.

Давайте рассмотрим, начиная с предыдущей страницы, общие требования, представленные в Национальных электротехнических нормах и правилах для заземления и соединения, чтобы лучше понять, какие требования удовлетворяются посредством заземления, а какие — посредством методов соединения.

 Требования (1) и (2) относятся к заземлению – в них конкретно упоминается «заземление».

 Требование (1) – заземление системы или преднамеренное соединение проводника системы заземления с землей.Заявленная цель этого преднамеренного соединения с землей состоит в том, чтобы ограничить напряжение, создаваемое молнией, перенапряжениями в сети или непреднамеренным контактом с линиями более высокого напряжения, и это стабилизирует напряжение относительно земли во время нормальной работы.

 Требование (2) выполняется путем присоединения нетоковедущих металлических предметов к заземляющему проводнику оборудования, который присоединяется к проводнику заземляющего электрода на служебном входе и на стороне нагрузки каждой отдельно производной системы.

 Требования (3), (4) и (5) являются залоговыми. Путем соединения всех металлических предметов, которые могут оказаться под напряжением в случае неисправности (и обеспечения заземляющего проводника оборудования, соединенного с этими предметами и с источником), обеспечивается эффективный путь прохождения тока через землю, облегчающий работу устройств защиты от перегрузки по току. Проще говоря, путь тока короткого замыкания должен иметь достаточно низкое сопротивление, чтобы позволить току короткого замыкания достаточно большой величины, чтобы вызвать срабатывание вышестоящего защитного устройства.Соединение также помогает обеспечить безопасность персонала, так что кто-то, касающийся двух частей оборудования одновременно, не получает удар током, становясь путем выравнивания, если они находятся под разными потенциалами. По той же причине, по которой соединение защищает людей, оно защищает и оборудование, уменьшая протекание тока по проводникам питания и передачи данных между частями оборудования с разным потенциалом.

Важно понимать разницу между соединением и заземлением (заземлением). Имейте в виду, что земля (почва) является плохим проводником, и на нее нельзя полагаться как на часть обратного пути тока замыкания на землю — это путь, предназначенный для устранения неисправности.Причина, по которой земля/почва никогда не должна использоваться как часть обратного пути замыкания на землю, связана с ее высоким сопротивлением.

Сопротивление земли примерно в миллиард раз больше сопротивления меди (в соответствии со стандартом IEEE 142, раздел 2.2.8) и пропускает обратно к источнику только несколько ампер (1-10).

Стандарт 142 Института инженеров по электротехнике и электронике гласит: «Самая сложная система заземления, которую только можно разработать, может оказаться неадекватной, если соединение системы с землей не является адекватным и не имеет низкого сопротивления.Отсюда следует, что заземление является одной из наиболее важных частей всей системы заземления. Это также самая сложная часть для проектирования и получения . .. Для небольших подстанций и промышленных предприятий в целом, по возможности, должно быть получено сопротивление менее 5 Ом ».

Однако с практической точки зрения нельзя полагаться на заземляющий электрод, независимо от того, насколько низкое его сопротивление, для устранения замыкания на землю. Если оборудование эффективно заземлено и соединено, то должен быть предусмотрен путь с низким импедансом (не через заземляющий электрод к земле и через землю обратно к источнику), чтобы облегчить работу устройств перегрузки по току в цепи.В то время как минимальное практическое сопротивление заземляющего электрода является желательным и будет лучше ограничивать потенциал корпусов оборудования над землей, более важно обеспечить путь с низким импедансом для быстрого устранения неисправности для обеспечения безопасности. Для получения наименьшего практического импеданса цепь заземления оборудования должна быть подключена к заземляющему проводнику внутри сервисного оборудования.

Ни заземление, ни система заземляющих электродов не помогают устранить электрические неисправности. Именно соединение металлических предметов с заземляющим проводником оборудования обратно к источнику обеспечивает путь с достаточно низким импедансом, позволяющий устройствам защиты от перегрузки по току срабатывать и устранять неисправности.Если путь замыкания на землю опирается на землю, тока замыкания будет недостаточно (из-за высокого импеданса) для срабатывания защитного устройства
.

Помните закон Ома, V = I x R? Рассмотрим следующий пример. Фазный провод на 120 В преднамеренно подключен непосредственно к земле (если оголенный провод под напряжением был подключен к заземляющему стержню в грязи), а заземляющий стержень имеет сопротивление 25 Ом обратно к заземленному источнику питания (трансформатору). Этот сценарий даст чуть менее 5 ампер (4.8А) тока замыкания на землю. Это преднамеренное соединение с землей не даст достаточного тока короткого замыкания для отключения даже автоматического выключателя на 20 А, поскольку автоматический выключатель на 20 А может непрерывно выдерживать 16 ампер.

Тот же самый высокий импеданс земли, который ограничивает ток короткого замыкания до уровней, меньших, чем требуется для срабатывания защитных устройств, создаст опасное шаговое напряжение или напряжение прикосновения вблизи заземляющего стержня, которое может быть смертельным. За последние годы несколько человек умерло именно от этого состояния, когда столбы уличного освещения были заземлены (заземлены) с помощью заземляющих стержней, но не имели заземляющих проводников оборудования, которые служили бы эффективным путем обратного тока замыкания к источнику питания.

Рассмотрим факторы, влияющие на сопротивление систем заземляющих электродов (для обсуждения будем использовать стержни).

 Сопротивление электрода (разница всего в несколько миллиомов между различными обычно используемыми материалами и размерами – IEEE Std 142-1982). Сопротивление электрода зависит от материала стержня и площади поверхности стержня. Площадь поверхности стержня зависит от диаметра стержня.

 Площадь поверхности стержня относительно почвы (незначительный фактор – обычно только доли ома – если стержень вбит в уплотненный грунт и не является рыхлым – IEEE Std 142-1982) Различия в размерах и материалах заземляющих стержней делают небольшая заметная разница в сопротивлении электрода (однако материал стержня играет роль в ожидаемом сроке службы стержня).

 Контактное сопротивление между стержнем и окружающим грунтом. Если стержень забивается в уплотненный грунт, то сопротивление между стержнем и окружающим грунтом не является существенным фактором (более подробно это обсуждается в разделе о глубоко забитых заземляющих стержнях).

 Сопротивление грунта, окружающего электрод (самый большой фактор). В правильно установленной системе заземляющих электродов сопротивление грунта является ключевым фактором, определяющим, каким будет сопротивление заземляющего электрода и на какую глубину необходимо ввести стержень, чтобы получить низкое сопротивление заземления.
Удельное сопротивление грунтов зависит от глубины от поверхности, типа концентрации растворимых химических веществ (минералов и растворенных солей) в грунте, содержания влаги и температуры грунта. Другими словами, удельное сопротивление определяется электролитом в почве. Сопротивление 5/8-дюймового заземляющего стержня для типичных типов почвы согласно IEEE 142-1982 представлено ниже:

Вот несколько удивительных фактов:

Согласно этой таблице IEEE 142-1992, в двух из четырех категорий почв не обеспечивали в среднем сопротивления 25 Ом и менее! Это распространенный опыт во многих районах с песчаной почвой.

Наличие поверхностных вод не обязательно указывает на низкое удельное сопротивление (IEEE Std 142-1982).

Недавний проект ярко иллюстрирует истинность этого утверждения. Почва на мелиоративном сооружении всегда была влажной. Инженеры-электрики, исследующие проблемы заземления на объекте, наивно полагали, что постоянное присутствие воды (из-за высокого уровня грунтовых вод) гарантирует низкое удельное сопротивление почвы и что отдельных заземляющих стержней или, возможно, параллельных заземляющих стержней будет достаточно для создания заземления с низким сопротивлением. (заземление).Однако все было наоборот. Дальнейшее исследование показало, что высокий уровень грунтовых вод был связан с потоком подземных вод. Через это место буквально протекала река, которая была частью гидрологии района. Почва была очень песчаная.

Со временем любые растворимые минералы, которые существовали, были растворены и унесены медленно текущей водой, оставив песок и дистиллированную воду — оба отличные изоляторы!

Это открытие радикально изменило направленность исследования заземления на площадке и последующих корректирующих действий, заставив инженеров учитывать расслоение почвы.

Обычные методы заземления, которым в течение последних сорока лет обучали производителей заземления и испытаний заземления, основаны на предполагаемом однородном состоянии почвы. Традиционные методы породили эмпирические правила, которые стали приняты многими
инженерами в качестве стандартной практики. Одна из таких практик заключалась в том, что как удвоение глубины заземляющего стержня, так и установка двух параллельных заземляющих стержней были одинаково эффективными методами снижения сопротивления стержня (стержней) земле. Эти эмпирические правила предполагают, что почва однородна — что почва остается того же типа и удельного сопротивления по мере того, как вы углубляетесь. На практике многие районы имеют слоистую, а не однородную почву.

Как ответственные инженеры, мы должны помнить, что практика использования параллельных заземляющих стержней, иногда соединенных по схеме треугольника, которая была разработана с использованием методов, предполагающих наличие однородных почвенных условий, может быть не лучшей практикой для слоистых почвенных условий.

Мы рассмотрим это более подробно в следующем разделе.

Что может служить заземляющим электродом?

Помните: заземляющий электрод является средством выполнения двух из пяти требований к заземлению и соединению, перечисленных в Национальном электротехническом кодексе.

(1) Заземление электрической системы Электрические системы, которые заземлены, должны быть подключены к земле таким образом, чтобы ограничить напряжение, вызванное молнией, перенапряжениями в сети или непреднамеренным контактом с высоковольтными линиями, и чтобы стабилизировать напряжение относительно земли во время Нормальная операция.

(2) Заземление электрического оборудования Непроводящие токопроводящие материалы, в которых заключены электрические проводники или оборудование или которые являются частью такого оборудования, должны быть заземлены таким образом, чтобы ограничивать напряжение относительно земли на этих материалах.

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом в качестве заземляющих электродов могут использоваться следующие электроды, и если их несколько, они должны быть соединены вместе:

 Подземная металлическая водопроводная труба (NEC 250.52 (A)(1))

 Металлический каркас конструкции (NEC 250.52 (A)(2))

 Заземляющий электрод в бетонном корпусе (также известный как заземление UFER) (NEC 250.52 (A)(3))

 Кольцо заземления (NEC 250.52 (A)(4))

 Заземляющий стержень (NEC 250.52 (A)(5))

 Пластины заземления (NEC 250.52 (A)(6))

В Национальном электротехническом кодексе подробно описаны конкретные требования к установке для каждого типа электрода.

Два или более заземляющих электрода, которые надежно соединены друг с другом, должны рассматриваться как система с одним заземляющим электродом.

Рассмотрим различные места, где требуется заземление (имеется в виду преднамеренное соединение или подключение к системе заземления). Национальный электротехнический кодекс требует следующее:

Служебный вход — Статья 250.24 (A) NEC требует, чтобы в системе электропроводки в помещении, питаемой от заземленной сети переменного тока, проводник заземляющего электрода был подключен к заземленному служебному проводнику (также называемому нейтральным проводником). проводник). Статья 250.24 (A) (1) требует, чтобы соединение было выполнено в любой доступной точке от стороны нагрузки ответвления или боковой линии обслуживания до клеммы или шины включительно, к которым заземленный проводник (нейтраль) подключен на услуге. средства отключения.Это переводится в одно из трех местоположений, как показано ниже:

Отдельно выделенные системы – Обратитесь к разделу VI для обсуждения отдельно выделенных систем заземления.

Металлические водопроводные и другие металлические трубопроводы, которые могут оказаться под напряжением – 250.104 (A) и (B) требуют, чтобы система металлических водопроводных труб была соединена с системой заземления в любом из следующих мест: корпус сервисного оборудования, заземляющий проводник в сети, к проводнику заземляющего электрода или к заземляющим электродам.В то время как металлические водопроводные трубы должны быть соединены с землей, другие системы металлических трубопроводов должны быть соединены с землей (заземлены)
только в том случае, если они могут оказаться под напряжением, то есть там, где внутри оборудования существуют механические трубопроводы и электрические соединения (например, газовые приборы). .

Конструкционный металл — 250.104 (C) требует, чтобы открытый конструкционный металл, который соединен между собой для формирования металлического каркаса здания, не заземлен преднамеренно и может оказаться под напряжением, должен быть соединен с землей либо на корпусе сервисного оборудования, либо на заземленном проводнике на сервисе. , к проводнику заземляющего электрода или к заземляющим электродам.

Если система переменного тока (AC) подключена к заземляющему электроду в здании или сооружении, тот же электрод должен использоваться для заземления корпусов проводников и оборудования в этом здании или на нем. Если отдельные линии, фидеры или ответвления питают здание и должны быть подключены к заземляющему электроду (электродам), следует использовать один и тот же заземляющий электрод (электроды). Это делается для того, чтобы все металлические предметы в конструкции имели один и тот же потенциал земли (земли).

Какое сопротивление заземления требуется? Позволил?

Если вас спросили: «Сколько Ом сопротивления относительно земли требуется для заземления системы в соответствии с Национальными электротехническими нормами (NEC)?» Что бы вы сказали? А) 25 Ом? Б) 10 Ом? В) 100 Ом? Или D) Можно ли сказать, что NEC не устанавливает минимальные требования?

Если бы вы ответили D) вы были бы правы! Как ни трудно в это поверить, в Национальном электротехническом кодексе не указано минимальное сопротивление заземления для заземления системы.

Рассмотрим статью NEC 250-56

250.56 Сопротивление стержневых, трубчатых и пластинчатых электродов:

быть дополнен одним дополнительным электродом любого из типов, указанных в 250.52(A)(2) — (A)(7). При установке нескольких стержневых, трубчатых или пластинчатых электродов в соответствии с требованиями настоящего раздела расстояние между ними должно составлять не менее 1,8 м (6 футов).

 FPN: Эффективность параллельного соединения стержней длиннее 2.5 м (8 футов) улучшается за счет расстояния более 1,8 м (6 футов).

Обратите внимание, что NEC говорит, где «Один электрод…». Также обратите внимание, что он не требует повторных испытаний и подключения дополнительных стержней или стержней дополнительной длины до тех пор, пока не будет достигнуто сопротивление 25 Ом или менее. Эта статья NEC позволяет подрядчику управлять двумя стержнями, расположенными на расстоянии 6 футов друг от друга, без проведения наземных испытаний и заканчивать работу!

Многие районы имеют слоистую (имеется в виду слоистую) песчаную почву. Наиболее чистым песком является кварц, двуокись кремния (SiO2).Диоксид кремния представляет собой высококачественный электрический изолятор, который обычно используется в качестве барьерного материала при имплантации или диффузии примесей, для электрической изоляции полупроводниковых устройств, в качестве компонента металлооксидно-полупроводниковых (МОП) транзисторов или в качестве межслойного диэлектрика при многоуровневой металлизации. структуры, такие как многокристальные модули
. Песок — хороший изолятор; это НЕ хороший заземляющий материал.

Чтобы выйти из условий слоистого песчаного грунта, необходимо вбить заземляющие стержни глубже через слой песка (какой бы глубины он ни был) и в более проводящий грунт.

Размещение нескольких параллельных стержней в песчаной почве практически бесполезно, если требуется соединение с землей с низким сопротивлением — вы должны проникнуть ниже слоя песка.

Национальные электротехнические нормы и правила содержат две таблицы, относящиеся к размерам заземления и соединения.

 Таблица 250.66 Заземляющий проводник для систем переменного тока

 Таблица 250.122 Минимальные размеры заземляющих проводников оборудования для заземления дорожки и оборудования.

Таблица 250.66 Проводник заземляющего электрода для систем переменного тока

Примечания:
1.При использовании нескольких комплектов служебных проводников, разрешенных в 230.40, Исключение № 2, эквивалентный размер наибольшего служебного проводника должен определяться наибольшей суммой площадей соответствующих проводников каждого комплекта.
2. При отсутствии служебных проводников сечение заземляющего электрода определяется эквивалентным сечением наибольшего служебного проводника, необходимого для обслуживания нагрузки.

Таблица 250.122 Минимальный размер заземляющих проводников оборудования для заземляющей дорожки и оборудования

Примечание:
При необходимости соблюдать 250.4(A)(5) или (B)(4), сечение заземляющего проводника оборудования должно быть больше, чем указано в этой таблице.
*См. ограничения по установке в 250.120.

Эти таблицы были созданы в отчете комитета IEEE «Руководство по безопасности при заземлении подстанций переменного тока». В отчете комитета обсуждалась обоснованность размеров заземляющих проводников, указанных в таблицах, исходя из типичной длины проводника 100 футов и падения напряжения на проводнике исходя из этой 100-футовой длины. [Руководство по Национальному электротехническому кодексу — Грегори Биралс — Институт проектирования электротехники].Для длин более 100 футов «минимальный размер», указанный в таблице, может быть недостаточным для устранения неисправности или проведения тока короткого замыкания, подверженного этому.

С практической точки зрения, длина проводов заземляющих электродов редко превышает 100 футов, и на Таблицу 250.66 можно положиться почти без исключений.

Заземляющие проводники оборудования, с другой стороны, часто имеют длину более 100 футов, то есть всякий раз, когда длина ответвленной цепи или фидера с заземляющим проводником оборудования, с которым они установлены, превышает 100 футов.В этих ситуациях минимальный проводник заземления оборудования, указанный в таблице 250.122, не будет достаточным для проведения и/или устранения ожидаемых токов повреждения.

Опытные инженеры-электрики и специалисты по проектированию знакомы с необходимостью увеличения размеров проводников для длинных ответвлений и фидерных проводников для решения и смягчения проблем с падением напряжения. Статья 250.122 (B) предписывает также увеличить длину заземляющего провода оборудования.

250.122 (B) Увеличенный размер – при увеличении размера незаземленных проводников размеры заземляющих проводников оборудования, если они установлены, должны быть увеличены пропорционально площади незаземленных проводников в милах окружности.

Заземляющие проводники оборудования на стороне нагрузки от сервисных средств отключения и устройств перегрузки по току имеют размер в зависимости от размера фидера или устройств защиты от перегрузки по току перед ними.

В случае увеличения размера незаземленных проводников цепи (под напряжением, линейных проводников) для компенсации падения напряжения или по любой другой причине, связанной с надлежащей работой цепи, заземляющие проводники оборудования должны быть пропорционально увеличены.

Пример:

240-вольтовая, однофазная, 250-амперная нагрузка питается от 300-амперного выключателя, расположенного в щите на расстоянии 500 футов.«Обычная» цепь (не увеличенная для ограничения падения напряжения) будет состоять из медных проводников сечением 250 тыс. кмил с медным проводом заземления оборудования 4 AWG. Если сечение проводников было увеличено до 350 тыс. смил из соображений падения напряжения, каков минимальный размер заземляющего проводника оборудования на основе требования пропорционального увеличения?

Решение

ШАГ 1.

Рассчитайте отношение размеров проводников увеличенного размера к проводникам нормального сечения:

ШАГ 2.

Рассчитайте площадь поперечного сечения заземляющего проводника оборудования увеличенного размера, умножив отношение размеров на площадь поперечного сечения заземляющего проводника оборудования стандартного размера, взятого из таблицы 250.122 для защитного устройства на 250 А (необходимо использовать следующее большее значение или 300 А). Таблица 250.122 указывает, что подходит медный провод номер 4 AWG. Согласно главе 9, таблице 8 Национального электротехнического кодекса – свойства проводника
(см. стр. 21), заземляющий проводник 4 AWG имеет площадь поперечного сечения 41 740 круговых мил.

Размер Отношение x круговых мил проводника заземления

1,4 x 41 740 круговых мил = 58 436 круговых мил

ШАГ 3.

Определите размер проводника заземления нового оборудования.

Опять же, обращаясь к главе 9, таблице 8, мы находим, что 58 436 круговых мил больше, чем 3 AWG. Следующий больший размер составляет 66 360 круговых милов, что преобразуется в медный проводник заземления оборудования 2 AWG.

Для данного сценария обычный заземляющий проводник оборудования указан в таблице 250.122 для цепи на 250 А будет медным заземляющим проводником № 4 AWG. В этом случае заземляющий провод оборудования должен быть увеличен до медного заземляющего проводника № 2 AWG, чтобы соответствовать требованиям статьи 250.122 (B) NEC. Цель этого требования к увеличению размера состоит в том, чтобы обеспечить проводник, который имеет адекватное сечение для передачи и отвода ожидаемых токов КЗ.

НЭК гл. 9 Таблица 8

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом (NEC) нейтральный проводник и проводник заземления оборудования должны быть соединены на главной сервисной панели и вторичной стороне отдельной системы (подробнее об этом ниже).NEC разрешает наличие только одной связи между нейтралью и землей в каждой отдельной системе. Неправильные дополнительные соединения нейтрали и земли являются относительно распространенной проблемой, которая не только создает опасность поражения электрическим током для обслуживающего персонала, но также может ухудшить работу электронного оборудования. Неправильное соединение нейтрали и заземления в розетках можно обнаружить с помощью тестера проводки и заземления, предназначенного для этой цели.

Вольтметр также можно использовать для определения наличия неправильных соединений в розетках.Измерение напряжения между нейтралью и землей на выходах может указывать на напряжение в диапазоне от милливольт до нескольких вольт при нормальных условиях эксплуатации и в зависимости от нагрузки, длины цепи и т. д. Однако показание 0 В может указывать на наличие поблизости нейтрали. – грунтовая связь. Чрезмерный ток на заземлении оборудования в распределительных щитах также указывает на возможность соединения заземления нейтрали со стороны нагрузки. Визуальный осмотр нейтральной шины внутри щитов необходим для проверки расположения этих дополнительных и неправильных соединений.

Если в отдельно созданной системе существует более одного соединения нейтраль-земля, это приводит к тому, что нейтральный и заземляющий проводники преднамеренно соединяются (или соединяются) в двух местах. Это создает параллельное соединение, в котором ток нейтрали делится на часть, возвращающуюся на нейтраль, а остальная часть возвращается к источнику через путь заземления оборудования в соответствии с законом Ома (ток будет делиться пропорционально, чтобы пройти по пути наименьшего сопротивления с напряжением падение по каждому параллельному пути одинаково).На рисунке ниже представлены два варианта предотвращения протекания нежелательного тока в системе заземления (и соединения).

Отдельно производные системы — это системы, которые не имеют прямого соединения между выходными и входными проводами питания. Это трансформаторы без прямого соединения между первичной нейтралью системы и вторичной нейтралью, только системы ИБП, которые включают изолирующие трансформаторы, тем самым образуя новый нейтральный проводник системы (примечание — все системы ИБП не являются отдельно производными системами), и комплекты двигателей-генераторов, которые соединяют к системе электропроводки здания через 4-полюсный безобрывный переключатель являются отдельными системами, поскольку они имеют отдельную нейтраль, которая не имеет прямого соединения с нейтралью сети (из-за 4-го полюса безобрывного переключателя).Двигатель – генераторные установки, применяемые с 3-полюсными системами передачи, имеют прямое соединение с нейтралью системы электроснабжения, не являются отдельно производными системами и не могут иметь заземление нейтрали на двигатель-генераторной установке. [IEEE Std 1100-1999]

Существует много дискуссий об изолированных или выделенных площадках, связанных с чувствительным электронным оборудованием. Статья 250.96 (B) Национального электротехнического кодекса разрешает изолировать электронное оборудование от кабелепровода таким же образом, как оборудование, подключаемое шнуром и вилкой, изолируется от кабелепровода.

250,96 (B) Изолированные цепи заземления. Если это необходимо для снижения электрических помех (электромагнитных помех) в цепи заземления, корпус оборудования, питаемый ответвленной цепью, должен быть изолирован от кабельного канала, содержащего цепи, питающие только это оборудование, с помощью одного или нескольких перечисленных неметаллических фитингов кабельного канала, расположенных на точка крепления кабелепровода к корпусу оборудования. Металлический кабельный канал должен соответствовать положениям настоящей статьи и должен быть дополнен внутренним изолированным заземляющим проводником оборудования, установленным в соответствии с 250.146(D) для заземления корпуса оборудования.

FPN (ПРИМЕЧАНИЕ ПЕЧАТНЫМ ПЕЧАТОМ): Использование изолированного заземляющего проводника оборудования не снимает требования к заземлению системы кабельных каналов.

Ключом к этому методу заземления электронного оборудования является всегда обеспечение того, чтобы изолированный заземляющий проводник, независимо от того, где он оканчивается в распределительной системе, был подключен таким образом, чтобы создать эффективный путь для тока замыкания на землю (через соединение), как требуется NEC 250.4(А)(5).

Хотя использование изолированных заземляющих проводников оборудования может быть полезным для уменьшения электромагнитных помех, крайне важно, чтобы требование к изолированному заземлению НЕ приводило к соединению с заземлением, которое изолировано, изолировано или иным образом не подключено к системе заземляющих электродов здания. Такой изолированный заземляющий стержень (соединение с землей) нарушит NEC 250.50.

250.50 Система заземляющих электродов Все заземляющие электроды, как описано в 250.52(A)(1)–(A)(6), имеющиеся в каждом обслуживаемом здании или сооружении, должны быть соединены вместе для формирования системы заземляющих электродов.

Причина, по которой изолированный заземляющий стержень (т. е. тот, который не соединен с другими заземленными или заземленными электродами) запрещен и что NEC требует, чтобы отдельные заземляющие электроды были соединены вместе, заключается в уменьшении разности потенциалов между ними из-за удар молнии или случайный контакт с линиями электропередач. Системы молниезащиты, связи, радио и телевидения, а также системы кабельного телевидения ВСЕ должны быть соединены вместе, чтобы свести к минимуму потенциальные различия между системами.Отсутствие взаимного соединения (или соединения) всех заземляющих компонентов может привести к серьезному поражению электрическим током и пожару.

Например, для установки кабельного телевидения, показанной на рис. 250.39, предположим, что ток индуцируется в линии электропередачи импульсным перенапряжением или ударом молнии поблизости, так что мгновенный ток 1000 ампер возникает по линии электропередачи к источнику питания. линия заземления. Такая величина тока не является чем-то необычным при таких обстоятельствах — она может быть и часто бывает значительно выше.Также предположим, что заземление питания имеет сопротивление 10 Ом, что является очень низким значением в большинстве случаев (одиночный заземляющий стержень в обычном грунте имеет сопротивление относительно земли около 40 Ом).

Экспонат 250.39 Установка кабельного телевидения, не соответствующая Кодексу, иллюстрирующая, почему необходимо соединение между различными системами. Согласно закону Ома, ток через оборудование, подключенное к электрической системе, на мгновение повышается до потенциала 10000 вольт (1000 Ампер × 10 Ом).Этот потенциал в 10 000 вольт будет существовать между системой кабельного телевидения и электрической системой
, а также между заземленным проводником в кабеле кабельного телевидения и заземленными поверхностями в стенах дома, такими как водопроводные трубы (которые подключены к заземлению). по которому проходит кабель. Этот потенциал также может появиться у человека, держащего одну руку на кабеле кабельного телевидения, а другую — на металлической поверхности, подключенной к заземлению (например, на радиаторе или холодильнике).

Фактическое напряжение, вероятно, во много раз превышает расчетные 10 000 вольт, поскольку были приняты чрезвычайно низкие (ниже нормальных) значения как для сопротивления заземления, так и для тока.Однако большинство изоляционных систем не рассчитаны на то, чтобы выдерживать даже 10 000 вольт. Даже если система изоляции выдержит скачок напряжения в 10 000 вольт, она, вероятно, будет повреждена, а пробой системы изоляции приведет к искрению.

Такая же ситуация была бы, если бы бросок тока был на кабеле кабельного телевидения или телефонной линии. Единственная разница будет заключаться в задействованном напряжении, которое будет зависеть от индивидуального сопротивления заземления заземляющих электродов.

Решение состоит в том, чтобы соединить две системы заземляющих электродов вместе или соединить оболочку кабеля кабельного телевидения с заземлением, что именно требуется Кодексом.Когда одна система поднимается выше потенциала земли, вторая система поднимается до того же потенциала, и между двумя системами заземления отсутствует напряжение.

Экспонат 250.40 Установка кабельного телевидения, соответствующая 250.94.

Ниже приведены примеры реальных случаев, когда отдельные основания или предметы, которые должны быть заземлены (заземлены), были изолированы друг от друга (не соединены между собой):

 Женщина заметила «покалывание» электричества во время принятия душа. Расследование показало, что между сливом душа и ручками душа присутствовало электрическое напряжение.Тот факт, что женщина была босиком с мокрыми руками (как люди часто бывают в душе!), способствовал тому, что она заметила разницу в напряжении. Было обнаружено, что причиной проблемы являются паразитные напряжения, создаваемые воздушной распределительной линией. Разница в напряжении была между колодцем и септической системой. Решение состояло в том, чтобы соединить сливную и водопроводную трубы вместе.

 Владелец бизнеса жаловался на постоянные сбои компьютерного модема и компьютера. Коммунальная компания установила, что сбои произошли одновременно с нарушениями электроснабжения (замыканиями на землю) на одном из основных фидеров, обслуживающих объект.Расследование показало, что телефонная, водопроводная и электрическая площадки были электрически изолированы (не связаны друг с другом). Надлежащее соединение (взаимосоединение) систем устранило дальнейшие проблемы с этим заказчиком.

[Примеры взяты из статьи «Заземление энергосистем: практическая точка зрения», номер документа PCIC-2002-xx John P. Nelson IEEE Fellow]

Термин «заземление Ufer» назван в честь консультанта, работающего в США. Армия во время Второй мировой войны. Техника г.Придуманный Уфером вариант был необходим, потому что на участке, нуждающемся в заземлении, не было грунтовых вод и мало осадков. Пустынное место представляло собой серию хранилищ бомб в районе Флагстаффа, штат Аризона.

Принцип заземления Уфера прост. Это очень эффективно и недорого для установки во время нового строительства. В грунте Ufer используются агороскопические свойства бетона. Бетон быстро впитывает влагу и очень медленно ее теряет. Минеральные свойства бетона (известь и другие) и присущее им значение pH означают, что в бетоне есть запас ионов для проведения тока.Почва вокруг бетона «легируется» бетоном. В результате рН почвы повышается и снижает то, что обычно составляет 1000 Ом-метров в почвенных условиях (трудно получить хорошее заземление). Имеющаяся влага (бетон отдает влагу очень медленно) в сочетании с «легированной» почвой является хорошим проводником для электрической энергии или тока молнии.

Эффект почти такой же, как при химической обработке почвы вокруг электрода. Авторы статьи IEEE 1969 года пришли к выводу после обширных испытаний такой электродной системы: «.. . Сети арматурных стержней из … бетонных оснований обеспечивают приемлемо низкое сопротивление заземления, с устойчивостью к току короткого замыкания и импульсным током, подходящим для всех типов конструкций и заземления цепей. . . . Не последними преимуществами арматурной системы являются ее доступность и низкая стоимость». [Фэган и Ли, «Использование бетонных закрытых арматурных стержней в качестве заземляющих электродов», Конференция нефтяной и химической промышленности, 1969 г.]

Методы Уфера используются в фундаментах зданий, бетонных полах, радио- и телевышках, анкерных тросах опор, осветительных приборах. столбы и др.Медная проволока плохо работает в качестве заземления «уфер» из-за pH-фактора бетона (обычно +7pH). Использование стальной арматуры в качестве основания «Уфер» работает хорошо, и бетон не отслаивается и не отслаивается, как это было с медью. Использование медной проволоки, привязанной к арматурным стержням, находящимся вне бетона, не вызывает ни одной из этих проблем.

Минимальное количество арматуры, необходимое для предотвращения проблем с бетоном, зависит от:

1. Типа бетона, его состава, плотности, удельного сопротивления, фактора pH и т. д.

2. Площадь поверхности бетона, контактирующая с грунтом.

3. Удельное сопротивление грунтов и содержание грунтовых вод.

4. Размер и длина арматурного стержня, проволоки или пластины.

5. Величина тока разряда молнии.

На следующей диаграмме показана проводимость тока молнии на фут арматуры (армирующего стержня). Учитывается только внешний арматурный стержень. Арматура в центре нижнего колонтитула или фундамента в этом расчете не учитывается. В нижнем колонтитуле траншеи можно учитывать только арматуру по бокам и внизу нижнего колонтитула.

Г-н Уфер не знал, что он обнаружил, пока не экспериментировал с проводами различной длины в бетоне. Сегодняшний информированный инженер извлекает выгоду из открытия г-на Уфера и связывает стержни стальной арматуры в здании или другом фундаменте с электрическим заземлением здания. При соединении с электрическим заземлением, строительной сталью и т. д. армированный пол и фундамент здания становятся частью системы заземления здания. Результатом является значительно улучшенная система заземления с очень низким общим сопротивлением относительно земли.

Если бы одного заземления Ufer было достаточно, производители заземляющих стержней разорились бы. Но одной только земли Ufer недостаточно. Немногие здания, даже строящиеся сегодня, построены с учетом преимуществ земли Уфер. Часто можно увидеть использование «заземления Ufer» на военных объектах, компьютерных залах и других сооружениях с очень специфическими характеристиками заземления. Это не распространено на большинстве промышленных предприятий, офисных зданий и жилых домов. Сегодня более распространенным является заземление в соответствии с минимальными национальными и местными электротехническими нормами.Это будет включать в себя один или несколько приводных заземляющих стержней, подключенных (связанных) к нейтральному проводу ввода электрических служб.

В 2005 году NEC был пересмотрен, чтобы четко требовать включения UFER или электрода в бетонном корпусе (теперь в 250.52 (A) (3)), в систему заземляющих электродов для зданий или сооружений, имеющих бетонное основание или фундамент без менее 20 футов площади поверхности, непосредственно соприкасающейся с землей. Это требование распространяется на все здания и сооружения с фундаментом и/или фундаментом высотой 20 футов и более толщиной 1/2 дюйма.или более электропроводящая арматурная сталь или 20 футов или более голой меди не менее 4 AWG.

Заземляющие стержни бывают разных форм, но чаще всего для заземления электрических служб используются заземляющие стержни из оцинкованной стали. Пожалуйста, помните, что лучший день для заземляющего стержня (удельное сопротивление) — это день его установки. Коррозия, остекление и т. д. — все это факторы, снижающие эффективность заземляющих стержней.

Заземляющие стержни в целом делятся на один из следующих размеров; 1/2”, 5/8”, 3/4” и 1”.Они изготавливаются из стали с покрытием из нержавеющей, оцинкованной или медной стали и могут быть изготовлены из твердой нержавеющей или мягкой (неокрашенной) стали. Их можно приобрести в виде секций без резьбы или с резьбой, которые различаются по длине. Наиболее распространенные длины 8 и 10 футов. Некоторые из них будут иметь заостренный конец, другие будут иметь резьбу и могут быть соединены вместе, образуя более длинные стержни при движении.

Эффективность 1-дюймового заземляющего стержня по сравнению с 1/2-дюймовым заземляющим стержнем минимальна при измерении сопротивления. Стержни большего размера выбираются для более сложных почвенных условий.Глинистые или каменистые условия часто диктуют использование силовых приводов, подобных ударному приводу, используемому механиками при работе с вашим автомобилем. Как правило, они электрические или пневматические. Силовые приводы при использовании с тяжелыми 1-дюймовыми заземляющими стержнями будут работать на большинстве почв.

1-дюймовый плакированный медью стержень по сравнению с 1/2-дюймовым плакированным медью стержнем в тех же почвенных условиях дает улучшение производительности примерно на 23%. Площадь поверхности 1/2-дюймового стержня составляет 1,57 по сравнению с 1-дюймовым стержнем с площадью поверхности 3,14 (3,14 x .5 = 1,57 и 3,14 х 1 = 3,14). Таким образом, при удвоении площади поверхности вы получаете улучшение производительности примерно на 23%.

Покрытие заземляющих стержней предназначено для защиты стали от коррозии. Большинство думает, что покрытие (медь на стальном стержне) предназначено для увеличения проводимости стержня. Это помогает в проводимости, но основная цель оболочки — уберечь стержень от ржавчины.

Не все плакированные заземляющие стержни одинаковы, и важно, чтобы плакированный стержень имел достаточно толстую оболочку.Высококачественные стальные заземляющие стержни промышленного качества с медным покрытием могут стоить немного дороже, но они стоят небольших дополнительных затрат.

Когда заземляющий стержень вбивается в каменистую почву, он может поцарапать покрытие, и стержень заржавеет. В сухом состоянии ржавчина не является проводником, на самом деле она является хорошим изолятором. Когда он влажный, он все еще не обладает такой проводимостью, как медь на стержне. Можно проверить рН почвы, и это должно определить тип используемой удочки. В почвах с высоким pH следует использовать только высококачественные плакированные стержни.Если почва очень кислая, лучшим выбором будут нержавеющие стержни. Одним из самых популярных заземляющих стержней является заземляющий стержень из оцинкованной стали.

Этот стержень используется с медными и алюминиевыми проводниками для формирования площадки входа в большинство зданий и домов. Это плохой выбор для удельного сопротивления грунта с течением времени. Соединение между заземляющим стержнем и проводником выполняется над или под поверхностью земли и в большинстве случаев подвержено постоянному воздействию влаги. В наилучших условиях соединение двух разнородных материалов со временем приведет к коррозии и повышению сопротивления.

При соединении разнородных материалов происходит электролиз. Если алюминий используется с медью, которая не покрыта лужением, алюминий будет топтать медь, оставляя меньшую площадь поверхности для контакта, и соединение может ослабнуть и даже привести к возникновению дуги. Любой резкий удар или толчок может привести к разрыву соединения. При установке в грунт не рекомендуется использовать луженую проволоку. Олово, свинец, цинк и алюминий являются более анодными, чем медь, и они исчезнут в почве.При подключении над поверхностью почвы в электрораспределительном щите допустима луженая проволока.

Имейте в виду, что в статье 250.64 Национального электротехнического кодекса указано, что алюминиевые или покрытые медью алюминиевые заземляющие проводники не должны соприкасаться с почвой или бетоном и должны быть подключены не менее чем на 18 дюймов выше конечного уровня при использовании вне помещений.

Другим способом решения проблемы коррозии швов является использование шовного герметика для предотвращения образования мостиков влаги между металлами.Наиболее популярными соединениями являются частицы меди или графита, внедренные в состав консистентной смазки. Использование аналогичного материала является лучшим решением, поскольку даже шовные герметики могут потерять свою эффективность, если их не поддерживать, но их использование предпочтительнее сухого шва. Соединительные компаунды работают путем внедрения частиц в металлы с образованием первичного соединения с низким сопротивлением без воздуха, когда они находятся под давлением. Это давление обеспечивается затяжкой зажима на проводнике и стержне.

Проблема разнородного материала не возникает в плакированных медью стальных стержнях.Из всех вариантов по разумной цене стальной плакированный медью стержень с медным проводником — ваш лучший выбор. Если бы деньги не были проблемой, золотой проводник и заземляющий стержень были бы идеальными, но вряд ли экономически практичными.

Ведомый стержень по сравнению со стержнем с обратной засыпкой намного лучше. Плотность ненарушенного грунта намного выше, чем даже уплотненного грунта. Соединение почвы со стержнем является ключом к производительности стержня.

Одним из интересных аспектов проводников заземляющих электродов является необходимость их физической защиты.Если для защиты проводника заземляющего электрода используется стальная труба или муфта, то на каждом конце муфты должны быть предусмотрены средства, чтобы сделать ее электрически непрерывной с проводником. Этого можно добиться, установив соединительную перемычку на каждом конце муфты и подключив ее к муфте, оборудованию и заземляющему электроду на каждом конце. Причина, по которой этот метод важен, заключается в том, что в условиях тяжелых повреждений муфта стального кабелепровода создает эффект дросселирования (индуктивность муфты создает магнитное поле, противодействующее изменениям тока), и сопротивление системы заземления резко возрастает.Из-за этого лучше использовать неметаллическое покрытие соответствующего класса (таблица 80, если оно подвержено повреждениям) для физической защиты, когда это возможно.

Установка заземляющих стержней не представляет сложности, но необходимо соблюдать соответствующие процедуры и проверять работоспособность полученных стержней.

Установка заземляющих стержней глубиной более 10 футов сопряжена с рядом проблем. Должны использоваться секционные стержни (обычно длиной 10-12 футов), которые соединяются вместе для достижения желаемой глубины.Муфта имеет больший диаметр, чем стержень, и поэтому образует отверстие больше, чем сам стержень. Это создает пустоту сцепки, ограничивающую контакт грунта с поверхностью стержня дополнительных секций. Только первая секция будет поддерживать полный контакт стержня с почвой.

Ручное забивание стержней с помощью кувалд, трубоукладчиков и других средств не может обеспечить достаточную силу для проникновения в твердые грунты. Механические или механические драйверы необходимы для глубоко забитых стержней.

Материал стержня и конструкция муфты должны выдерживать усилие, необходимое для прохода через твердый грунт.

Из-за экстремальных усилий, необходимых для привода более длинных стержней, муфты винтового типа механически выходят из строя. Резьба срывается, что приводит к плохому контакту стержня с стержнем. Муфта с коническим шлицем/сжатием оказалась самой надежной муфтой.

Для поддержания полного контакта стержня с почвой можно вводить смесь бентонита натрия (природная глина) в полость муфты при установке стержней. Это обеспечивает проводящий материал между поверхностью стержня и почвой по всей глубине стержня.Для типичного 60-футового заземляющего стержня требуется от 2 до 5 галлонов бентонита.

У более длинных и глубоких стержней есть и обратная сторона: соединенные стержни могут сгибаться при контакте с более плотной почвой. В одном проекте подрядчику требовалось соединить и завести 100-футовый заземляющий стержень, чтобы достичь сопротивления 5 Ом в условиях слоистого песчаного грунта. Когда подрядчик соединил и загнал пятую 10-футовую секцию стержня, было замечено, что «заостренный конец» заземляющего стержня проходит под автомобилем на ближайшей стоянке.[Deep Earth Grounding vs. Shallow Earth Ground, Computer Power Corporation, Мартин Д. Конрой и Пол Г. Ричард — http://www.cpccorp.com/deep.htm]

Эффективность заземляющих стержней снижается из-за состояния почвы. токами молнии, физическими повреждениями, коррозией и т. д., и их следует регулярно проверять на устойчивость. То, что земля была хорошей в прошлом году, не означает, что она такая же и сегодня.

Проверьте его с помощью метода тестирования падения потенциала или метода клещей при условии, что установка подходит для измерения сопротивления заземления с использованием метода клещей (см. следующий раздел для обсуждения инструментов и методов тестирования).

Измерение сопротивления заземления может выполняться только с помощью специально разработанного оборудования. В большинстве приборов используется принцип падения потенциала переменного тока (AC), циркулирующего между вспомогательным электродом и тестируемым заземляющим электродом. Показание в омах представляет собой сопротивление заземляющего электрода окружающей земле. Некоторые производители испытательного оборудования недавно представили тестеры сопротивления заземления с клещами, которые также будут обсуждаться.

Принцип измерения сопротивления заземления (падение потенциала – измерение по трем точкам)

Разность потенциалов между стержнями X и Y измеряется вольтметром, а ток, протекающий между стержнями X и Z, измеряется амперметром (см. рис. 13). )

По закону Ома E = IR или R + E / I, тогда можно получить сопротивление заземляющего стержня R. Если E = 20 В и I = 1 А, то:

R = E / I = 20 / 1 = 20

При использовании тестера заземления нет необходимости проводить все измерения.Тестер заземления будет измерять напрямую, генерируя собственный ток и отображая сопротивление заземляющего электрода.

Положение вспомогательных электродов при измерении

Целью точного измерения сопротивления относительно земли является размещение вспомогательного токового электрода Z на достаточном расстоянии от тестируемого заземляющего электрода, чтобы вспомогательный потенциальный электрод Y находился за пределами эффективного площадь сопротивления как заземляющего электрода, так и вспомогательного токового электрода.Лучший способ узнать, находится ли вспомогательный потенциальный стержень Y за пределами областей эффективного сопротивления, — это переместить его между X и Z и снять показания в каждом месте. Если вспомогательный потенциальный стержень Y находится в зоне эффективного сопротивления (или в обеих, если они перекрываются, как на рис. 14), при его смещении полученные показания будут заметно отличаться по значению. В этих условиях невозможно определить точное значение сопротивления относительно земли.

С другой стороны, если вспомогательный потенциальный стержень Y расположен за пределами областей эффективного сопротивления (рисунок X), то при перемещении Y вперед и назад изменение показаний будет минимальным.Снятые показания должны быть относительно близкими друг к другу и представлять собой наилучшие значения сопротивления заземления X. Данные должны быть нанесены на график таким образом, чтобы убедиться, что они лежат в области «плато», как показано на рис. 15. Эта область часто упоминается как как «площадь 62%».

Измерение сопротивления заземляющих электродов (метод 62 %)

Метод 62 % был принят после графического рассмотрения и после реальных испытаний. Это наиболее точный метод, но он ограничен тем фактом, что тестируемая наземная часть представляет собой единое целое.

Этот метод применим только тогда, когда все три электрода расположены на прямой линии, а заземление представляет собой один электрод, трубу или пластину, как показано на рис. 16.

Обратите внимание на рис. заземляющего электрода X и вспомогательного токового электрода Z. Области сопротивления перекрываются. Если бы показания снимались путем перемещения вспомогательного потенциального электрода Y по направлению к X или Z, то разница показаний была бы велика, и невозможно было бы получить показания в пределах разумного диапазона допуска.Чувствительные области перекрываются и постоянно увеличивают сопротивление по мере удаления Y от X.

Теперь рассмотрим рисунок 18, где электроды X и Z расположены на достаточном расстоянии друг от друга, так что области эффективного сопротивления не перекрываются. Если мы нанесем на график измеренное сопротивление, мы обнаружим, что измерения выравниваются, когда Y находится на 62% расстояния от X до Z, и что показания по обе стороны от исходного значения Y (62%), скорее всего, будут в пределах диапазона. установленную полосу допуска.Этот диапазон допустимых значений определяется пользователем и выражается как
процента от начального показания +/- 2%, +/-5%, +/-10% и т. д.

Расстояние между вспомогательными электродами

X и Z могут быть указаны, так как это расстояние зависит от диаметра испытанного стержня, его длины, однородности испытанного грунта и, в частности, эффективных площадей сопротивления. Однако приблизительное расстояние можно определить по следующей таблице, которая дана для однородного грунта и электрода диаметром 1 дюйм (для диаметра ½ дюйма уменьшите расстояние на 10 %).

Измерение сопротивления заземления клещами

В отличие от метода падения потенциала (трехточечный), который требует отсоединения тестируемого заземляющего стержня или системы от энергосистемы, этот метод измерения требует соединения между тестируемым стержнем и соединения коммунальной сети со стороны линии с землей. В результате метод дает возможность измерять сопротивление без отключения заземления. Он также предлагает преимущество, заключающееся в том, что он включает соединение с землей и общее сопротивление заземления.

Принцип действия

Обычно заземленную систему общей распределительной линии можно смоделировать в виде простой базовой схемы, как показано на рис. 29, или эквивалентной схемы, показанной на рис. трансформатора, по цепи протекает ток I, который может быть представлен следующим уравнением:

Суть этого в том, что заземляющий электрод для типичной заземленной электрической системы i параллелен заземляющим стержням и стыковым заземлениям на каждом трансформаторе. и полюс, который находится на стороне линии услуги, для которой вы проверяете землю.Все параллельные заземления вверх по течению становятся очень, очень малым параллельным сопротивлением по сравнению с сопротивлением стержня, на который вы опираетесь (R x ).

Если R x и R 1 , и R 2 …. все примерно одинаковой величины и n большое число (например, 200), тогда R x будет намного меньше, чем

Например, если R x , R 1 , R 2 , R 3 и т. д.… все 10 Ом и n = 200, тогда:

к ним), то эквивалентное сопротивление боковых стержней линии (.05 Ом) пренебрежимо мал по отношению к измеряемому сопротивлению заземления (10 Ом).

E/I = Rx установлен. Если I определяется при постоянной величине E, можно получить измеренное сопротивление заземляющего элемента. См. снова рисунки 29 и 30. Ток подается на специальный трансформатор через усилитель мощности через генератор постоянного напряжения 1,7 кГц. Этот ток обнаруживается детектирующим ТТ. На частоте 1,7 кГц сигнал усиливается фильтрующим усилителем. Это происходит до аналого-цифрового преобразования и после синхронного выпрямления.Затем он отображается на жидкокристаллическом дисплее.

Фильтр-усилитель используется для отсекания как тока утечки на коммерческой частоте, так и высокочастотного шума. Напряжение определяется катушками, намотанными вокруг трансформатора тока, которое затем усиливается, выпрямляется и сравнивается компаратором уровней. Если зажим на ТТ не закрыт должным образом, а на ЖК-дисплее появляется индикация ОТКРЫТО или ОТКРЫТО.

Точность клещей на тестере сопротивления заземления хороша для многих сценариев, но имеет свои ограничения.Например, если условия заземления со стороны линии неизвестны (на этом основывается теория работы тестера с клещами) или если в системе электроснабжения не имеется большого количества заземлений со стороны линии (заземления стыков столбов), то трехточечный Падение потенциального теста должно быть выполнено.

Прежде чем использовать и полагаться на данные любого измерительного оборудования, убедитесь, что оно было откалибровано и сертифицировано. Если вы этого не сделаете, данные, которые он предоставляет, могут быть бесполезными.

Это обсуждение методов проверки сопротивления заземления было взято из материалов, не защищенных авторскими правами, из рабочей тетради AEMC Instruments «Понимание испытаний сопротивления заземления», издание 6.0.

Введение в заземление для обеспечения электромагнитной совместимости

Надлежащее заземление является важным аспектом проектирования электронных систем как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения электромагнитной совместимости. Заземление играет решающую роль в определении того, что произойдет в случае непреднамеренных неисправностей, электрических переходных процессов или электромагнитных помех. Надлежащие стратегии заземления также позволяют инженерам более эффективно контролировать нежелательные излучения.

С другой стороны, неправильное заземление может поставить под угрозу безопасность и электромагнитную совместимость продукта или системы.За последние несколько десятилетий плохое заземление стало основной причиной отказов систем, связанных с электромагнитной совместимостью.

Разработка хорошей стратегии заземления — довольно простой процесс. Таким образом, может возникнуть вопрос, почему так много систем неправильно заземлены. Ответ прост: инженеры часто путают понятие заземления с другим важным понятием, током возврата. Тот факт, что проводники обратного тока в цифровой электронике часто обозначаются как заземление или GND, может сбивать с толку. Когда проводники обратного тока рассматриваются как заземляющие проводники (или когда заземляющие проводники используются для обратного тока), в результате часто возникают проблемы с электромагнитной совместимостью.

Определение земли

Хорошая стратегия заземления начинается с четкого понимания цели заземления. Прежде всего, земля служит опорным нулевым напряжением цепи или системы. Это хорошо понимали несколько десятилетий назад. В 1992 году Американский национальный институт стандартов (ANSI) определил заземление следующим образом [1],

4.152 – заземление. (1) Соединение корпуса оборудования, рамы или шасси с объектом или конструкцией транспортного средства для обеспечения общего потенциала.(2) Соединение электрической цепи или оборудования с землей или с каким-либо проводящим телом относительно большой протяженности, которое служит вместо земли.

Было хорошо известно, что земля является опорным потенциалом и что заземляющие проводники обычно не являются проводниками с током.

Рисунок 1: 110-вольтовая розетка в США

В США 110-вольтовые заземленные розетки имеют три клеммы, как показано на рис. 1. Горячая клемма имеет номинальный потенциал 110 В (среднеквадратичное значение) и подает ток питания.Нейтральная клемма имеет номинальный потенциал 0 Vrms и действует как возврат силового тока. Клемма заземления также имеет номинальный потенциал 0 В (среднеквадратичное значение), но при нормальных условиях ток не проходит. Клеммы нейтрали и заземления подключены к проводам, которые идут обратно к одной и той же точке в распределительной коробке (точке, которая электрически соединена с землей снаружи здания).

Поскольку нулевой и заземляющий провода проходят в одном месте, они электрически взаимозаменяемы.На самом деле, если бы они были электрически закорочены в розетке с одним проводом, подсоединенным обратно к сервисной коробке, было бы трудно обнаружить какую-либо разницу. Так зачем прокладывать два провода вместо одного? Простой ответ заключается в том, что заземление и возврат тока — это две отдельные функции, которые обычно несовместимы. Значительные токи, протекающие в проводнике, могут помешать ему быть надежным опорным потенциалом.

Пожалуй, самое важное, что нужно сделать для заземления с точки зрения безопасности и электромагнитной совместимости, это то, что заземление не является обратным током.Земля и текущая отдача — очень важные понятия, но это не одно и то же. Земля НЕ является путем возврата токов к их источнику. Земля по существу является эталоном нулевого напряжения для цепей и систем изделия. Концепция заземления играет решающую роль в проектировании с точки зрения безопасности и электромагнитной совместимости.

Важность заземления для безопасности

Важной частью проектирования безопасных электрических изделий и систем является знание того, где и когда могут появиться небезопасные напряжения на различных проводящих поверхностях.С точки зрения безопасности заземление является эталоном нулевого напряжения, а напряжение на каждом другом проводнике представляет собой разницу между его напряжением и заземлением. Для зданий эталоном земли обычно является земля под зданием (или буквально «земля» под зданием). Это удобно, потому что земля относительно велика, и все крупные металлические конструкции (например, водопровод и кабели, проходящие через границу здания) легко соединяются или привязываются к земле.

Площадка под застройку, как правило, представляет собой металлические стержни, вбитые в землю возле входа в энергосистему.Эти стержни соединены с коробкой выключателя, от которой заземление распределяется на все розетки по нетоковедущим проводам. Они также связаны с любым металлом, который распределяется по всему зданию, например, водопроводными трубами или строительной сталью.

Приборы или электрические изделия со значительной открытой металлической поверхностью обычно должны заземлять металл на заземляющий провод, чтобы гарантировать, что он не может достичь небезопасного потенциала по сравнению с любым другим заземленным металлом в здании.Если возникает неисправность, вызывающая короткое замыкание между силовым проводником и оголенным металлом, заземляющее соединение с коробкой выключателя обеспечивает потребление большого количества тока. Это приводит к размыканию автоматического выключателя и обесточиванию прибора.

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая основные операции GFCI.

Важно отметить, что этот метод обеспечения безопасности продуктов зависит от надежного соединения заземления сетевой розетки с блоком выключателя.В старых розетках может отсутствовать клемма заземления, и даже в новых розетках с неправильной проводкой может отсутствовать заземление. По этой причине во многих продуктах используются конструкции, в которых для безопасной работы не требуется заземление. Изделия с двойной изоляцией спроектированы таким образом, чтобы исключить короткое замыкание силового соединения на оголенный металл, либо за счет исключения оголенного металла, либо за счет обеспечения срабатывания автоматического выключателя в случае любого короткого замыкания.

Также растет число электротехнических изделий со встроенными прерывателями цепи замыкания на землю (GFCI).GFCI работают, обнаруживая дисбаланс тока между проводами питания и возврата питания. При первых признаках дисбаланса тока, превышающего безопасный порог, GFCI отключает питание.

Защитное заземление может совпадать или не совпадать с заземлением ЭМС, но заземление для обеспечения безопасности может быть важным фактором, который следует учитывать при проектировании с учетом ЭМС. Например, в медицинских изделиях и промышленных устройствах управления заземление схемы часто требуется изолировать от заземления шасси по соображениям безопасности.Это представляет собой уникальную задачу проектирования для инженеров по электромагнитной совместимости, которые обычно хотят видеть все большие металлические объекты хорошо связанными на высоких частотах.

Важность заземления для ЭМС

Проблемы с электромагнитной совместимостью

часто возникают из-за наличия двух больших металлических объектов с разным потенциалом. Потенциальная разница всего в несколько сотен микровольт между любыми двумя резонансными проводниками может привести к тому, что продукт превысит пределы излучаемых помех. Точно так же напряжения, индуцированные между двумя плохо соединенными проводниками, могут привести к проблемам с помехоустойчивостью.

Заземление — это в основном искусство определения эталона с нулевым напряжением и соединения металлических объектов или цепей с этим эталоном через бестоковое соединение с низким импедансом. Надлежащая стратегия заземления ЭМС гарантирует, что большие металлические конструкции не будут перемещаться относительно друг друга, что приведет к непреднамеренным помехам или проблемам с помехоустойчивостью. Соединение металлических предметов для поддержания их одинакового потенциала и привязка всех внешних соединений к одному и тому же заземлению с нулевым напряжением — это ключевой шаг к обеспечению электромагнитной совместимости большинства продуктов.

Наземные сооружения

Почти все электронные устройства и системы имеют заземленную структуру. В зданиях это провода заземления, водопровод и металлоконструкции. В автомобилях и самолетах это металлическая рама или шасси. В большинстве компьютеров это металлическая опорная конструкция и/или корпус.

Структура заземления служит в качестве местного эталона нулевого напряжения. Нельзя позволять чему-либо крупному и металлическому приобретать потенциал, значительно отличающийся от структуры земли.Обычно это достигается путем приклеивания всех крупных металлических объектов к основанию на интересующих частотах. Это также может быть достигнуто путем достаточной изоляции крупных металлических объектов и обеспечения отсутствия возможного источника, который может вызвать возникновение потенциала между ними.

Рис. 3. Спутник с двумя солнечными батареями.

Например, рассмотрим спутник, показанный на рис. 3. Его наземная структура представляет собой металлический корпус, в котором находится большая часть электроники.Чтобы передать какую-либо значительную электромагнитную мощность на спутник или вывести его из него, необходимо было бы установить напряжение между наземной конструкцией и чем-то еще, имеющим значительную электрическую величину. На частотах ниже нескольких сотен мегагерц единственными проводниками значительного электрического размера (кроме наземной конструкции) являются две решетки солнечных панелей и, возможно, любые провода, соединяющие эти решетки с цепями внутри спутника.

Соединение массивов солнечных панелей с корпусом в точках, где они находятся в непосредственной близости, гарантирует, что значительные напряжения не появятся между большими проводниками, которые могут непреднамеренно служить передающими или принимающими антеннами для шума.Соединительные провода также должны быть связаны с заземляющей конструкцией. Как правило, это достигается с помощью шунтирующих конденсаторов, чтобы установить связь на шумовых частотах, позволяя токам мощности и сигнала протекать без ослабления.

Стратегия заземления, примененная к спутнику в этом примере, может использоваться практически с любым другим устройством или системой, имеющей наземную конструкцию. Основная философия заключается в том, что сама наземная конструкция представляет собой половину непреднамеренной антенны.Излучаемая связь может возникнуть только в том случае, если между заземляющей конструкцией и другим проводящим объектом значительного электрического размера возникает напряжение. Связывание всех объектов значительного электрического размера с наземной конструкцией предотвращает их непреднамеренное превращение в другую половину антенны.

Эта стратегия заземления важна не только для соблюдения требований к излучаемым помехам и помехоустойчивости, она также играет ключевую роль в удовлетворении требований к кондуктивным помехам и помехоустойчивости, когда структура заземления является как опорным нулевым напряжением, так и предпочтительным путем для потенциально мешающих шумовых токов.

Три важных момента, касающихся наземных сооружений:

  1. Заземляющая конструкция должна быть хорошим проводником на интересующих частотах, но она не должна быть электрически малой. Иногда вы можете услышать, как кто-то выдвигает аргумент, что земля не существует на высоких частотах, потому что земля является эквипотенциальной поверхностью, а потенциал в двух точках на поверхности, отстоящих друг от друга на четверть длины волны, не одинаков. Этот аргумент необоснован, потому что наземные структуры не обязательно являются эквипотенциальными поверхностями в этом смысле.Фактически вся концепция однозначно определяемой разности потенциалов между двумя удаленными точками разваливается на высоких частотах.

    Земля служит защитным заземлением для большинства систем распределения электроэнергии, даже несмотря на то, что земля, безусловно, не является электрически малой при частоте 50 или 60 Гц. Неважно, что потенциал земли в Лос-Анджелесе не такой, как в Нью-Йорке. Заземляющие конструкции служат местными эталонами нулевого напряжения. Они не должны быть электрически малы.

  2. Наземная конструкция не должна закрывать электронику.Наземная конструкция не является защитным ограждением. Это просто что-то большое и металлическое, которое служит локальным эталоном нулевого напряжения для всего остального большого и металлического.

  3. Наземная конструкция не может пропускать преднамеренные токи (по крайней мере, на интересующих нас амплитудах и частотах). Токи, протекающие по проводнику или в проводнике, вызывают обтекание проводника магнитным потоком. Магнитный поток, обволакивающий проводник, индуцирует в нем напряжение. На высоких частотах это напряжение потенциально может управлять одной частью заземляющей конструкции относительно другой части.

Наземные сооружения могут пропускать токи с частотами и амплитудами, которые не влияют на их эффективность в качестве наземных сооружений. Например, в большинстве автомобилей рама автомобиля используется в качестве пути обратного тока для фар и некритических датчиков, работающих на очень низких частотах. Это не ухудшает способность рамы служить в качестве заземляющей конструкции на более высоких частотах.

Важно отметить, что хотя заземляющая конструкция не может пропускать преднамеренные токи, ожидается, что она будет пропускать токи короткого замыкания и токи наведенного шума.Фактически правильное использование заземляющей конструкции зависит от ее способности проводить непреднамеренные токи с достаточно низким импедансом для контроля непреднамеренных напряжений.

Заземляющие проводники

Заземляющие проводники — это соединения (например, винты, болты, прокладки, провода или металлические ленты), которые соединяют крупные металлические предметы с заземляющей конструкцией. Как и наземные сооружения, заземляющие проводники не проводят преднамеренных токов. Их функция заключается в удержании напряжения между двумя металлическими конструкциями ниже критического значения.

Заземляющие проводники должны иметь достаточно низкий импеданс (т. е. сопротивление плюс индуктивное сопротивление), чтобы гарантировать, что их импеданс, умноженный на максимальный ток, который они могут пропускать, будет ниже минимального напряжения, которое может привести к проблеме ЭМС. Например, предположим, что экран экранированной витой пары соединен с заземляющей конструкцией через 1-сантиметровый контакт разъема, как показано на рис. 4. По витой паре передается псевдодифференциальный сигнал со скоростью 100 Мбит/с с синфазным шумом. ток 0.3 мА при 100 МГц. Напряжение, воздействующее на экран кабеля относительно платы, примерно равно току, возвращающемуся в экран, умноженному на эффективную индуктивность соединения экрана. Предполагая, что эффективная индуктивность контакта разъема составляет приблизительно 10 нГн (т. е. 1 нГн/мм), напряжение, воздействующее на экран кабеля относительно заземляющей конструкции, составляет приблизительно 2 милливольта. Во многих ситуациях этого достаточно, чтобы превысить предел излучаемых излучений на частоте 100 МГц, и необходимо будет предпринять шаги для уменьшения синфазного шума или уменьшения индуктивности соединения заземляющего проводника.

Рис. 4. Витая пара с экраном, подключенным к заземляющей конструкции.

Гальваническая коррозия

Когда заземляющее соединение выполняется путем соединения двух плоских металлических поверхностей болтами, сопротивление соединения может быть более важным, чем индуктивность. Это особенно верно, когда интерфейс между ними подвергается коррозии.

Потенциал гальванической коррозии является мерой того, насколько быстро разнородные металлы будут подвергаться коррозии при контакте.Коррозия зависит от наличия электролита, такого как вода; а скорость коррозии зависит от многих факторов, включая свойства электролита.

Рисунок 5. Анодные индексы для обычных металлов.

В таблице на рис. 5 рядом с их названиями указаны анодные индексы для нескольких распространенных металлов. Этот параметр является мерой электрохимического напряжения, которое будет возникать между металлом и золотом. Чтобы найти относительное напряжение пары металлов, их анодные показатели вычитаются, как указано на графике.В зависимости от окружающей среды соединения между материалами с разницей напряжения более 0,95 В обычно требуют покрытия или прокладок для сохранения целостности соединения с течением времени.

Земля против текущего возврата

Как указывалось в начале этой главы, заземление и возврат тока — две совершенно разные функции. К сожалению, многие проводники обратного тока помечены как «земля» в реальных продуктах. Это создает большую путаницу, поскольку правила, относящиеся к земле, применяются к текущим доходам, и наоборот.

Например, частичная схема платы на рис. 6 имеет четыре разных заземления. Один компонент работает с сигналами или мощностью, которые относятся к трем из этих оснований. Очень маловероятно, что разработчику этой схемы нужны были четыре разных источника нулевого напряжения. На самом деле четыре заземления соединены перемычками, что указывает на намерение разработчика иметь один опорный нулевой вольт.

Рис. 6. Частичная схема с четырьмя заземлениями.

Схема платы, показанная на рис. 7, показывает слой с двумя изолированными цепями, помеченными «GND» и «AGND».Изоляция заземления затрудняет поддержание одинакового потенциала всех крупных металлических объектов в системе. Как правило, это следует делать только тогда, когда это необходимо из соображений безопасности. Так почему же эти «основания» изолированы?

Рис. 7. Один слой макета платы с двумя заземлениями.

В двух приведенных выше примерах причина, по которой «земляные» сети были изолированы, заключается в том, что на самом деле они не были землей. Они были обратными проводниками для силовых или сигнальных токов.Дизайнерам не нужны изолированные ссылки с нулевым напряжением. Они изолировали проводники обратного тока, пытаясь избежать связи с общим импедансом.

Около 50 лет назад, когда цифровые схемы только начинали внедряться в такие продукты, как радиоприемники и высококачественное аудиооборудование, разработчики электроники быстро поняли, что цифровой шум может быть связан с аудиосхемами, если они используют одни и те же обратные проводники. . Например, рассмотрим простую плату, показанную на рис. 8а.Он имеет два цифровых компонента, цифро-аналоговый (D/A) преобразователь и усилитель для усиления аналогового сигнала перед его отправкой с платы через разъем. Несимметричный цифровой сигнал между двумя цифровыми компонентами использует заземляющий слой в качестве обратного пути. На частотах в килогерц и ниже ток, возвращающийся на плоскость, распространяется с распределением, приблизительно представленным зелеными линиями на рисунке 8b. Низкочастотный ток, возвращающийся из усилителя в цифро-аналоговый преобразователь, следует по пути, примерно показанному синими линиями на рисунке 8b.

Рис. 8. Простая плата смешанных сигналов слева (а) и примерное распределение обратного тока на заземляющем слое (б).

Очевидно, что в текущем распределении много совпадений. Это приводит к связи с общим импедансом, потому что токи в одной цепи имеют общее сопротивление заземления с токами в другой цепи. Если бы общее сопротивление заземляющего слоя было порядка 1 мОм, а цифровые токи были порядка 100 мА, то напряжение, индуцируемое в аналоговых цепях, было бы порядка 100 мкВ.

Пятьдесят лет назад инженеры, разрабатывающие звуковые схемы, заметили, что напряжения, индуцируемые в звуковых цепях из-за связи с общим сопротивлением от цифровых схем, часто были неприемлемыми. Люди могли слышать цифровой шум в акустическом сигнале.

Очевидным решением было изолировать обратные токи цифрового сигнала от обратного тока аналогового сигнала. В то время платы с более чем двумя слоями не были распространены, поэтому популярный подход заключался в том, чтобы зазорить текущую обратную плоскость.Пример этого показан на рисунке 9.

Рис. 9. Плата смешанных сигналов с зазором в токоотводной плоскости слева (а) и примерным распределением обратного тока на заземляющей плоскости (б).

Поскольку низкочастотные токи не могут протекать через зазор, токи перенаправляются по обе стороны от зазора. Это снижает плотность цифрового обратного тока в области плоскости, используемой в основном аналоговыми токами, и значительно уменьшает связь общего импеданса.

На относительно простых двухслойных платах 1960-х и 1970-х годов зазор между «земляной» плоскостью между аналоговыми и цифровыми цепями часто был эффективным способом устранения неприемлемых перекрестных помех из-за общей связи импеданса. К сожалению, это сработало настолько хорошо, что в конце концов люди пришли к выводу, что между цифровыми и аналоговыми цепями всегда должен быть зазор между заземляющими слоями. Так родилось правило проектирования, а дизайнеры плат любят правила проектирования. Пятьдесят лет спустя многие разработчики плат по-прежнему придерживаются этого правила проектирования, хотя оно уже не имеет смысла.На самом деле, лучшим правилом проектирования современных плат является отсутствие зазоров между аналоговыми и цифровыми цепями в плоскости заземления.

Чтобы проиллюстрировать, почему это так, рассмотрите схему платы на рис. 10. Она состоит из тех же компонентов, что и в предыдущем примере, и, как и в предыдущем примере, имеет зазор между плоскостью заземления между аналоговой и цифровой схемами. Однако в этом случае зазор окружает аналоговую схему с трех сторон.

Рис. 10. Ужасная схема смешанной сигнальной платы слева (а) и намного лучшая альтернативная схема справа (б).

График обратных токов, как это было сделано в предыдущем примере, иллюстрирует превосходную изоляцию между цифровыми и аналоговыми обратными токами. Но предыдущие графики обратных токов не учитывали все токи в плоскости. Обратите внимание, что имеются четыре цифровые дорожки, соединяющие цифро-аналоговый преобразователь с одним из цифровых компонентов. Эти сигналы также требуют обратных токов. Эти токи должны проходить от контакта заземления цифро-аналогового компонента к контакту заземления цифрового компонента.Раньше этот путь был коротким и несущественным, но теперь разрыв вынуждает эти токи разделять ту же область плоскости, что и аналоговые токи. Вместо того, чтобы улучшить ситуацию, этот разрыв потенциально может сделать ее намного хуже.

Правильное определение зазора между аналоговой и цифровой схемой имеет решающее значение. Часто было трудно определить правильное место для разрыва пятьдесят лет назад. В современных платах высокой плотности зазоры между плоскостями, как правило, являются неработоспособным и совершенно ненужным решением несуществующей проблемы.

Существует как минимум три причины, по которым в современных конструкциях плат нет необходимости в зазоре между заземляющими пластинами:

  1. Цифровые и аналоговые сигналы, как правило, работают на гораздо более высоких частотах, чем 50 лет назад. На частотах выше примерно 100 кГц обратные токи на заземляющем слое ограничиваются областями непосредственно под сигнальными дорожками. Поскольку они не расходятся по плоскости, зазоры на плоскости не улучшают изоляцию между цепями.

  2. Даже на частотах кГц и ниже, , сопротивление заземляющих слоев печатной платы составляет менее 1 мОм/квадрат . Это означает, что «шумные» схемы, сбрасывающие ток в амперах на землю, способны индуцировать только милливольты (в худшем случае) напряжения в других цепях, находящихся в той же плоскости. Существует относительно немного ситуаций, когда такой уровень шумовой связи может быть проблемой.

  3. В тех ситуациях, когда нельзя допустить миллиомную связь, гораздо лучше изолировать возврат на другом слое .Например, лучшим решением проблемы соединения в нашем предыдущем примере было отсутствие зазора между плоскостями. На рис. 10b показано, как возврат аналогового тока с использованием трассы на верхнем слое позволяет полностью избежать распространенной проблемы связи импеданса. В платах с большим количеством аналоговых и цифровых возвратов, которые должны быть изолированы на низких частотах, обычно необходимо соединить их на высоких частотах, чтобы предотвратить проблемы с излучаемыми помехами. Маршрутизация изолированных возвратов по соседним слоям значительно упрощает установление между ними хорошего высокочастотного соединения.

Обратите внимание, что дорожка возврата аналогового тока на рис. 10b соединена с плоскостью возврата цифрового тока одним переходным отверстием, расположенным рядом с контактом заземления ЦАП. Через переходное отверстие не проходят аналоговые или цифровые обратные токи. Его единственная функция состоит в том, чтобы гарантировать, что аналоговые и цифровые схемы имеют один и тот же опорный нулевой уровень напряжения. Другими словами, переходное отверстие является заземляющим проводником, тогда как плоскость и дорожка являются проводниками обратного тока.

Одноточечное и многоточечное заземление

Предположим, что аналоговая трасса обратного тока на рис. 10b имеет два сквозных соединения с плоскостью цифрового обратного тока, как показано на рис. 11.Теперь аналоговый обратный ток имеет два возможных пути. Он может вернуться по следу или может вернуться на плоскости. Ток будет разделяться в соответствии с сопротивлением каждого пути, позволяя значительному количеству аналогового тока возвращаться на плоскость. Аналогично, некоторый цифровой ток будет протекать по трассе возврата аналогового тока. Изоляция разрушается, и снова вводится связь по общему импедансу.

Рис. 11. Добавление второго соединения между двумя изолированными токоотводами может означать, что они больше не изолированы на низких частотах.

Вообще говоря, два пути обратного тока не изолированы на низких частотах, если они соединены более чем в одной точке. Переходное соединение на рисунке 10b является примером заземления в одной точке. Одноточечное заземление является важной концепцией ЭМС, хотя проектировщики часто неправильно понимают ее, поскольку не проводят должным образом различия между токоотводами и заземляющими проводниками.

Рис. 12. Заземление в одной точке.

На рис. 12 показана концепция одноточечного заземления.Изолированные цепи или системы подключаются к одной точке через нетоконесущие заземляющие проводники. На рис. 13 показана другая реализация, в которой заземляющие проводники соединяются более чем в одной точке, но все они по-прежнему относятся к одной точке. Одним из примеров этого является заземление в зданиях. Каждое заземленное устройство имеет выделенный проводной путь к электросети здания, но параллельные пути создаются сантехническими соединениями или изделиями, внешние металлические поверхности которых находятся в электрическом контакте.Подключение заземляющих проводников более чем в одной точке не снижает эффективность схемы заземления.

Рис. 13. Еще одна реализация одноточечного заземления.

Хотя одноточечное заземление является важной концепцией для обеспечения того, чтобы изолированные цепи имели одинаковое опорное напряжение при нулевом напряжении, оно не работает, если по заземляющим проводникам проходят сигнальные или силовые токи. Например, на рисунке 14 средняя и правая цепи не изолированы.Токи, возвращающиеся от нагрузки к источнику средней цепи, теперь могут возвращаться через предназначенный синий проводник или проходить по дополнительному соединению с правой цепью и обратно в среднюю цепь через «одноточечное» заземление.

Рис. 14. Это НЕ одноточечное заземление.

Путь на Рисунке 14 от одноточечного соединения к среднему контуру, правому контуру и обратно к одноточечному соединению иногда называют контуром заземления.Заземляющие контуры часто считаются несовместимыми с заземлением в одной точке и часто упоминаются как источник общей связи импеданса; но это неправильно. На рис. 13 показан контур заземления, и это по-прежнему хорошая реализация заземления в одной точке. Контур заземления на рис. 14 включает сегмент, который вообще не заземлен. Синий проводник в средней цепи можно назвать «землей» на схеме платы, но это проводник обратного тока.

Как правило, контуры заземления подходят, если все проводники в контуре действительно являются проводниками заземления.Если один или несколько проводников в петле являются низкочастотными проводниками с обратным током, то все проводники в петле будут нести часть этого обратного тока. Это может облегчить связь по общему импедансу.

На рис. 15 показан еще один пример неправильного применения концепции заземления в одной точке. Этот пример был взят из инструкции производителя по применению, в которой клиентам рекомендуется компоновка драйвера трехфазного двигателя. Идея заключалась в том, чтобы обеспечить, чтобы все три фазы имели такое же опорное нулевое напряжение, как и двигатель.Реализация требовала вернуть все коммутационные токи и ток двигателя в одну и ту же точку.

Рис. 15. Одноточечный обратный ток (плохая идея).

Конечно, это не точечное заземление. Это текущая доходность в одной точке. Хотя все проводники помечены как заземление на схеме и на топологии платы, они не являются заземлением. Они являются проводниками обратного тока.

Отправка всех коммутационных токов в одну точку схемы в основном гарантирует, что индуктивность соединения будет выше, чем она была бы в противном случае.Это гарантирует, что будет высокий общий импеданс, а также взаимная индуктивность между фазами. Это также гарантирует, что ни одна из фаз или двигатель не будут иметь одинаковое опорное нулевое напряжение.

По сути, важно помнить, что заземление в одной точке является важной стратегией обеспечения того, чтобы изолированные цепи и устройства имели одинаковый опорный нулевой уровень напряжения. С другой стороны, обратные токи в одной точке часто являются основной причиной значительных проблем электромагнитной связи.

Рис. 16.Многоточечная земля.

Альтернативой стратегии одноточечного заземления является стратегия многоточечного заземления. Пример этого показан на рисунке 16. Вместо одной точки земля определяется локально. По сути, это концепция наземной структуры, описанная ранее.

Обычно в системах, использующих заземляющую структуру, цепи и модули, которые не изолированы от заземляющей конструкции, соединяются более чем в одной точке. Простой пример этого показан на рисунке 17.

Рис. 17. Гибридная стратегия заземления.

В этом случае соединение между средней и правой цепями позволяет низкочастотным обратным токам протекать по заземляющей конструкции. На этих частотах структуру правильнее было бы описать как структуру с возвратом тока. При разработке стратегии заземления важно понимать, что проводящая конструкция может выполнять функцию заземления на одних частотах и ​​функцию обратного тока на других.

Например, в автомобиле средняя и правая цепи на рис. 17 могут представлять модуль управления тормозами и датчик скорости вращения колеса соответственно. Каждый из них заземлен на раму транспортного средства, чтобы соответствовать требованиям по излучению и излучениям на высоких частотах, но ни один из модулей не позволяет высокочастотным токам возвращаться на раму. Так что на высоких частотах рама представляет собой многоточечную заземляющую структуру.

На более низких частотах критически важные коммуникации будут выполняться с использованием дифференциальных сигналов, чтобы не допустить токов сигналов в кадр (и токов кадров в сигналы).Однако основания питания не обязательно должны быть изолированы. Силовые токи, поступающие в модули по питающим 12-вольтовым проводам, возвращались бы к аккумулятору по всем доступным путям. Таким образом, на низких частотах (например, постоянный ток – кГц) рама представляет собой не заземляющую структуру, а структуру с возвратом тока. Силовой ток в амперах, протекающий по раме из-за одного модуля, может индуцировать 100 милливольт на заземлении других модулей, но на большинство модулей не повлияют сотни милливольт на очень низких частотах.

Предположим, схема слева на рис. 17 представляет собой распределение мощности на стартер двигателя внутреннего сгорания. Эта цепь может потреблять сотни ампер тока во время запуска двигателя. Возврат этих токов на раму транспортного средства может привести к неприемлемому уровню шума в модулях, использующих раму в качестве обратного проводника силового тока. В этом случае может быть принято решение изолировать обратку от стартера и соединить ее с рамой в одной точке.

Стратегии заземления

Возможно, самое важное, что нужно сделать в отношении стратегий заземления, будь то для обеспечения электромагнитной совместимости или безопасности, заключается в том, что разрабатываемый продукт должен иметь такое заземление. Проблемы обычно возникают, когда заземляющий проводник рассматривается как проводник с обратным током или проводники с обратным током рассматриваются как заземляющие проводники.

Надлежащие стратегии возврата тока обычно сосредоточены на обеспечении путей с низкой индуктивностью для высокочастотных токов и поддержании контроля над путями низкочастотных токов.

Надлежащие стратегии заземления сосредоточены на определении и защите нулевого опорного напряжения для каждой цепи и системы.

Один из методов отслеживания того, выполняют ли проводники в первую очередь функцию заземления или функцию обратного тока, заключается в их соответствующей маркировке. Например, назовите соединение с заземляющей структурой «заземление шасси» или «Шасси-GND», но используйте термин «цифровой возврат» или «D-RTN» для обозначения плоскости на печатной плате, основной функцией которой является возврат цифровых токов. к их источнику.Половина успеха в разработке хорошей стратегии заземления заключается в том, чтобы правильно распознать и сохранить целостность истинных оснований.

Еще одним важным аспектом любой стратегии заземления является определение структуры заземления. На системном уровне наземной конструкцией всегда является металлический корпус или каркас, если таковой имеется. На уровне платы, если плата соединяется с рамой, заземление платы должно быть там, где происходит это соединение. Если рамы нет или нет близости к раме, заземление платы обычно должно быть определено на одном из контактов разъема (часто на входе питания 0 вольт).

Вообще говоря, все крупные металлические объекты (например, кабели, большие радиаторы, металлические опоры и т. д.) должны быть прикреплены к заземляющей конструкции. Если это невозможно, они должны быть достаточно изолированы от наземной конструкции, чтобы гарантировать отсутствие значительных нежелательных взаимодействий. Медицинские изделия и многие высоковольтные системы требуют строгой изоляции между рамой или шасси и любыми токоведущими цепями. К сожалению, близлежащие высокочастотные цепи относительно легко индуцируют ток в микроамперах в этих структурах, чего достаточно, чтобы вызвать проблемы с излучаемыми помехами.Предотвращение этого без привязки к раме обычно требует ограничения полосы пропускания схемы, экранирования схемы и/или увеличения расстояния между схемой и рамой.

Ссылки

[1]   Американский национальный словарь стандартов по технологиям электромагнитной совместимости (ЭМС), электромагнитного импульса (ЭМИ) и электростатического разряда (ЭСР), ANSI C63.14-1992.

 

Проблемы с контуром заземления и способы их устранения

Автор и авторские права Томи Энгдал 1997-2013

ЗАМЕТКА:
Информация, представленная здесь, считается верной и предоставлена ​​автором.Автором этого документа является
не несет ответственности за какие-либо последствия, которые может иметь эта информация или любое ее использование.

Документы были использованы и рекомендованы многими людьми и
считаются точными. Настолько точны, что они также были представлены как
RU AUDIO ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ контуров заземления на их веб-страницах (с моего разрешения).

Основы

Дилемма в том, что решение проблем с «шумом» само по себе является искусством. Поскольку это не приходит каждый день, у всех нас ограниченный практический опыт.Это породило индустрию для тех, кто сейчас специализируется на решении проблем шума.

Хорошая система распределения электроэнергии необходима для правильной работы
аудиосистемы. Профессиональные аудиосистемы просто не работают
хорошо с обычными удлинителями, тянущимися на сотни футов к сцене.
Помимо подачи питания, необходимо хорошее заземление всей системы.
существенный.

Контур заземления — это состояние, при котором происходит непреднамеренное подключение к земле.
через мешающий электрический проводник.Обычно подключение контура заземления
существует, когда электрическая система подключена через более чем
один путь к электрическому заземлению.

Когда два или более устройств подключены к общему
землю по разным путям, возникает контур заземления.
Токи текут по этим множественным путям и развиваются
напряжения, которые могут привести к повреждению, шуму или частоте 50 Гц/60 Гц.
гул в аудио- или видеоаппаратуре. Чтобы предотвратить землю
шлейфы, все сигнальные земли должны идти в одну общую точку
и когда невозможно избежать двух точек заземления, одна
сторона должна изолировать сигнал и землю от другой.

Суть в том, что идеальной «тихой» земли не существует.
Основы всех проблем с шумом в системе заземления сводятся к нежелательному току. За исключением больничных систем, определение в лучшем случае расплывчато. Стандартная система электрического заземления по всему зданию не рассчитана на то, чтобы через нее постоянно протекал ток, и, тем не менее, вы не можете его остановить. Причина, по которой заземление не будет и никогда не будет совершенно бесшумным, заключается в том, что проводник заземляющего электрода представляет собой не что иное, как длинный провод из точки А в точку В.И чем длиннее провод, тем больше шума он улавливает.

Специалисты по звуку и видео относятся к типу шумной земли.
с такими терминами, как контуры заземления: ток, протекающий по заземляющему проводнику оборудования, металлу внутри здания и проводнику заземляющего электрода.
Использование любой из современных стандартных однофазных систем переменного тока на 120 или 230 вольт означает потенциальные проблемы для аудиооборудования.
У компьютерщиков такая же проблема в их сфере деятельности и так далее.

Обычно контуры заземления представляют собой проблему постфактум, в которой
конечный пользователь винит установщика, установщик винит производителя, а
на самом деле никто не виноват.Ни производитель, ни установщик обычно не могут предсказать, где
возникнет петля. Только после установки системы можно определить
если проблема будет.

Проблемы с контуром заземления можно исправить и избежать.
Важно, чтобы дилер, автовладелец и конечный пользователь знали
что эта проблема может возникнуть. Это хорошая идея, чтобы спроектировать систему
чтобы избежать самого очевидного источника такого рода проблем, а затем быть
готов еще столкнуться с некоторыми проблемами при начале использования системы.Проблема с контуром заземления может возникнуть в нескольких точках системы.
каждое возникновение проблемы должно быть исправлено индивидуально.

Почему заземление так важно?

Заземление электрических систем требуется по ряду причин, главным образом для обеспечения безопасности людей, находящихся рядом с системой, и для предотвращения повреждения самой системы в случае неисправности. Функция защитного проводника или заземления состоит в том, чтобы обеспечить путь с низким сопротивлением для тока короткого замыкания, чтобы устройства защиты цепи сработали быстро и отключили питание.

Национальный электротехнический кодекс NEC определяет заземление как «проводящее соединение,
умышленно или случайно между электрической цепью или оборудованием и землей, или каким-либо
проводящее тело, которое служит вместо земли». Говоря о заземлении, на самом деле это два
различные предметы, заземление и заземление оборудования. Заземление является преднамеренным
соединение от проводника цепи, обычно нейтрального, к заземляющему электроду, помещенному в землю.
Заземление оборудования должно гарантировать, что работающее оборудование внутри конструкции правильно
заземленный.Эти две системы заземления должны быть разделены, за исключением соединения
между двумя системами, чтобы предотвратить разность потенциалов из-за возможного перекрытия от
удар молнии. Назначением площадки помимо защиты людей растений и оборудования является
обеспечить безопасный путь для рассеяния токов короткого замыкания, ударов молнии, статических разрядов,
Сигналы EMI и RFI и помехи.

Неправильное заземление может привести к смертельному исходу.
Правильное заземление необходимо для правильной работы и безопасности
электрооборудования.Заземление может решить многие проблемы, но
это также может вызвать новые. Одной из самых распространенных проблем является
называется «контур заземления».

Что вызывает гудение в аудиосистемах?

Аудио- и видеосистемы нуждаются в контрольной точке для своих напряжений.
Обычно называется общим или основным, хотя может и не быть
фактически связанный с землей, эта ссылка остается на «нуле».
вольт», в то время как другие напряжения сигнала «качаются» положительно (вверху) и отрицательно
(под этим. Физически общим может быть провод, дорожка на
печатная плата, металлический корпус, практически все, что
проводит электричество.В идеале это должен быть идеальный проводник,
но в любой практической системе это не так.
По мере увеличения сложности и размера системы несовершенные
проводимость общего (заземляющего) проводника неизбежно вызывает
проблемы.

Гул и гудение (50 Гц/60 Гц и их гармоники) возникают в несбалансированных системах, когда токи протекают в соединениях экрана кабеля между различными частями оборудования.
Гудение и жужжание также могут возникать в сбалансированных системах, даже если они, как правило, сильно
более

Токи экрана кабеля и разность напряжений заземления возникают по нескольким причинам.Вторым наиболее распространенным источником гудения и гудения является разность потенциалов между двумя защитными заземлениями, разделенными большим расстоянием, или разность потенциалов между защитным заземлением и «землей».
(например, заземленная спутниковая антенна или источник кабельного телевидения). Эта проблема
обычно называется «контуром заземления». Это наиболее частое явление при тяжелых формах
проблемы с гудением.

Гул и гудение также могут индуцироваться магнитным или емкостным способом непосредственно в сигнальных кабелях. Или шумовой ток может просачиваться от сетевого входа через емкость между A.C. силовой трансформатор первичный и вторичный
обмотки, что приводит к тому, что часть линейного напряжения переменного тока будет
ВСЕГДА иметь емкостную связь непосредственно с землей аудиоцепи.
Этот сигнал линии электропередачи с емкостной связью обычно содержит
значимые гармоники до 1 МГц и более. Эти сигналы вызывают протекание токов в экранах кабелей, таким образом добавляя этот шум непосредственно к звуковому сигналу.

Почему сложно выполнить заземление без проблем?

Практически все строительные проекты по передаче данных и вещанию выполняются
в проблемы заземления.Эти проблемы возникают в первую очередь
потому что существует конфликт между вопросами безопасности (земля-
для предотвращения поражения электрическим током) и электронного шумоподавления.
(использование «земли» в качестве электронной «свалки» для шумов и интер-
ссылку.) Эти два использования часто несовместимы и могут
иногда прямо противоречат друг другу.
Конечной целью хорошей схемы заземления является
Сохранение и соблюдение аспектов безопасности при получении
возможно максимальное снижение шума. Обычно это непростая задача.

Почему контур заземления является проблемой?

Заземляющие контуры являются загадкой для многих людей. Даже инженеры-электронщики с высшим образованием могут не знать, что такое контуры заземления. Инженеры сосредоточились либо на распределении электроэнергии (для электрической компании), либо на оборудовании, которое подключается к системе распределения электроэнергии. Не так много внимания уделялось распределению электроэнергии и оборудованию как единому объекту, где возникают контуры заземления.

Заземляющие контуры являются наиболее распространенной причиной гула частоты сети переменного тока в звуковых системах.Контуры заземления обычно можно определить по низкому гудению (60 Гц в США, 50 Гц в Европе) через звуковую систему.
Контур заземления в силовом или видеосигнале возникает, когда некоторые компоненты
одна и та же система получает питание от другой земли, чем другие
компоненты, или потенциал земли между двумя частями оборудования не
идентичный.

Контур заземления является распространенной проблемой при подключении нескольких аудиовизуальных
системные компоненты вместе, есть хорошее изменение сделать неприятный
земляные петли.Контур заземления обычно вызывает гудение аудиосигналов.
и интерференционные бары к изображению. Контур заземления делает систему чувствительной
улавливать помехи от электропроводки, что может привести к неустойчивому
эксплуатации оборудования или даже повреждения оборудования.
В некоторых статьях утверждается, что причиной являются проблемы с проводкой и заземлением.
до 80 процентов всех проблем, связанных с качеством электроэнергии, связанных с
чувствительное электронное оборудование, такое как аудио/видеосистемы.

Аудио/видео и энергетическая отрасли разработали свои системы
и оборудование самостоятельно.В результате существует степень
несовместимость. Обычно, который вполне адекватен по мощности
чувство безопасности распространения и эксплуатации недостаточно хорошо для AV-систем.
Следствием этого является проблема помех контура заземления.

Всегда при работе с проблемами заземления
помните, что абсолютного основания не существует. Существует определенное количество
сопротивление электрическому току между всеми точками заземления. Этот
сопротивление может меняться в зависимости от влажности, температуры, подключенного оборудования
и многие другие переменные.Как бы мала ни была
сопротивление всегда может позволить электрическому напряжению существовать на нем
когда есть какой-либо ток, протекающий между этими точками заземления
(и почти всегда течет ток).

Проблемы с контуром заземления на звуковой частоте обычно находятся в диапазоне низких милливольт,
поэтому не должно быть большого вмешательства в систему заземления, чтобы вызвать проблемы
в аудиосистемах.

Помните, что абсолютной основы не существует. Между всеми точками заземления существует определенное сопротивление электрическому току.Это сопротивление может меняться в зависимости от влажности, температуры, подключенного оборудования и многих других переменных. Независимо от того, насколько маленькое сопротивление, всегда может существовать электрическое напряжение на нем. Заземляющие провода между стенными розетками и трансформаторами энергетической компании не являются идеальными проводниками, как и экран вашего коаксиального видеокабеля. Если бы они были, контуры заземления не были бы проблемой.
Эффекты контура заземления на видеоизображениях проявляются в виде черной теневой полосы.
по всему экрану или как разрыв в верхнем углу изображения.Это вызвано различными потенциалами земли в системе.

Общие темы

Бытовые аудио- и видеосистемы

Профессиональные аудиосистемы

Профессиональные видеосистемы

Сети передачи данных

Лабораторная среда

Советы по дизайну

Прочая связанная информация

НОВАЯ ФУНКЦИЯ: Обсуждение контура заземления


Дискуссионный форум по проблемам контура заземления в системе дискуссионных форумов ePanorama.net создан для обсуждения всех тем, созданных для контуров заземления, и проблем, которые, по вашему мнению, могут быть вызваны контуром заземления.

Полезные ссылки на другие сайты и статьи

    Общие учебные пособия
    Проблемы с заземлением электропроводки
    Установки аудио- и видеосистем
    Решение проблем
    Конструкция оборудования
    Полезные сайты

Откуда вся эта информация?

Большая часть информации исходит из моих личных знаний в этой области.
У меня есть опыт проектирования, строительства, использования, обслуживания
и поиск неисправностей во многих аудио-, видео- и компьютерных сетевых системах.Я также разрабатывал электронные устройства для аудио, видео и
телекоммуникационные приложения.

Когда я обнаружил серьезные проблемы на
эти системы я пытался провести хорошее расследование, в чем причина
проблемы и каковы разумные пути решения проблемы.
Различные книги, журнальные статьи и технические документы со многих веб-сайтов
также был очень полезен, когда я собрал этот веб-документ.


Если у вас есть комментарии на этой странице, отправьте их мне по адресу [email protected] или отправьте комментарий по адресу
Форум для обсуждения проблем контура заземления.


Томи Энгдал <[email protected]>

MSHA — Технические отчеты — MSHA МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ/НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ ЗАЗЕМЛЕНИЮ

Представлено на Технической конференции IEEE Cement Industry

Ланкастер, Пенсильвания

май 1981 г.

Уильям Дж. Хелфрич
Управление по безопасности и гигиене труда в шахтах
Питтсбургский центр технологий безопасности и здоровья
П.O. Box 18233, Cochrans Mill Road
Питтсбург, Пенсильвания 15236
412/892-6958

РЕЗЮМЕ

Было написано несколько правил MSHA, которые непосредственно касаются заземления электрических сетей.
оборудования на заводах и карьерах. Эти правила, как написано, носят общий характер.

Поскольку надлежащее заземление электрооборудования имеет жизненно важное значение для поддержания безопасной рабочей среды для
шахтеров, необходимо строго соблюдать правила, касающиеся заземления.

В этой статье обсуждаются некоторые из этих стандартов и методы, которые MSHA предпочитает использовать в
соответствии с этими стандартами. Заземляющий электрод, проводник заземляющего электрода и
проводник заземления оборудования будет обсуждаться вместе с методами проверки этих компонентов.

ВВЕДЕНИЕ

Надлежащее заземление электрооборудования на металлургических/неметаллических заводах и шахтах необходимо для того, чтобы
для обеспечения электробезопасности горняков.Несколько правил безопасности при добыче металлов/неметаллов
Закон относится к электрическому заземлению. Эти правила можно найти в CFR 30, части 55, 56 и 57,
12025,
12026,
12027 и
12028.

В частях 55, 56 и 57 раздела 12025 требуется заземление корпуса всего электрооборудования. Раздел
12026 требует заземления корпусов подстанций. Корпусное заземление переносного оборудования
требуется 12027 и 12028 требует тестирования всех компонентов заземления в шахте.Это
Целью этого документа является обсуждение этих правил и подробное описание того, что необходимо для их соблюдения.
нормативные документы.

Системы электроснабжения на металлических/неметаллических рудниках бывают различных конструкций: с глухозаземленным, незаземленным,
заземленные по сопротивлению и заземленные по реактивному сопротивлению, и обычно их можно классифицировать как заземленные или заземленные.
незаземленный. Классификация заземленных и незаземленных не должна толковаться как означающая, что в
Для заземленной системы необходим защитный заземляющий провод, а также для незаземленной системы.
не требуется.Независимо от того, заземлена система или нет, необходима система защитного заземления.
Эта система защитного заземления в шахте должна отвечать требованию, согласно которому она обычно не несет никакой нагрузки.
электрические токи. Следовательно, это проводник без тока или металлический путь обратно к
электротехническое сервисное оборудование.

Когда в шахтной энергосистеме происходит замыкание на землю, система защитного заземления несет замыкание на землю.
токи. Это условие должно быть исправлено, чтобы исключить опасность поражения электрическим током и ожогов, которые могут
результатом работы неисправной системы.

Поэтому рекомендуется предусмотреть защиту от замыканий на землю на шахтном электрическом питании.
системы. Эта защита может иметь несколько приемлемых форм, которые легко найти в технике.
публикаций и в данной статье не рассматриваются.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ РАМА

Части 55, 56 и 57, 12025, 12026 и 12027 касаются корпусного заземления электрооборудования. В
Проще говоря, эти правила требуют, чтобы обесточенные металлические части оборудования были
подведенная электроэнергия должна быть заземлена.Следует рассмотреть три отдельных случая, когда
соответствии с этим регламентом. Первый случай – это металлические обесточенные части постоянно
смонтированное электрооборудование. Второй случай – металлические обесточенные части переносных
электрооборудования, а третий случай — металлические нетоковедущие части электрооборудования.
классифицируются как с двойной изоляцией. Заземление рамы преследует две цели:

  1. Обеспечить защиту от опасного поражения электрическим током людей, которые могут прикоснуться к
    оборудование.
  2. Для обеспечения пропускной способности по току как по величине, так и по продолжительности, достаточной для принятия
    ток замыкания на землю, разрешенный защитой от перегрузки по току без возникновения пожара или возгорания
    опасность для людей, находящихся в зоне действия оборудования.

Статистика несчастных случаев, собранная Центром анализа безопасности здоровья MSHA, показывает, что примерно
14% всех смертельных случаев, связанных с электрическим током, происходят из-за неправильного или неадекватного заземления.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ СТАЦИОНАРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Корпусное заземление стационарного оборудования регулируется двумя отдельными стандартами 55, 56, 57,
12025 и 12026.Оба эти правила по существу требуют одного и того же; что все металлические предметы
окружающие электрические цепи должны быть заземлены. Чтобы соответствовать этим правилам, каждый элемент, который
подаваемая электроэнергия будет иметь металлические кабелепроводы, коробки и рамы, в которых проложен электрический кабель.
проходит насквозь, заземляется обратно в заземляющую среду системы. Цепь заземления должна
желательно, чтобы проводник был непрерывным и обладал такой мощностью, чтобы безопасно вызвать защитное срабатывание.
оборудование для работы в аварийных условиях.Этот проводник также должен находиться в том же кабеле
или трубопровод в качестве силовых проводников. Если это невозможно, то металлическая дорожка с наименьшим
следует использовать путь импеданса обратно к защитным устройствам цепи. использование газа, авиакомпаний и т.
других трубопроводов следует избегать, так как эти элементы подлежат ремонту и модификации. Это было бы
быть во время ремонта системы трубопровода, что произойдет замыкание фазы на землю, и человек
работа на трубопроводной системе будет подвергаться опасному напряжению.Хотя, желательно
если эти трубопроводы электрически заземлены, они не должны использоваться для передачи тока замыкания на землю.

Другим элементом, который не следует использовать для передачи токов замыкания на землю, являются металлические части
здания. Желательно, чтобы металлический каркас здания был заземлен, но опять же это недопустимо.
считается надежным и низкоимпедансным путем для работы защитных устройств.

Следующая авария ясно иллюстрирует важность заземления металлических частей
здания.Оператор фронтального погрузчика шел с конца дробильно-сортировочной установки
на переднюю сторону и начал подниматься по металлической лестнице сбоку завода. Завод с.
примерное местонахождение пострадавшего показано на рисунке 1.

Рис. 1. Заземление металлической конструкции

Прикоснувшись к лестнице, оператор погрузчика получил удар током. Бригадир, который был рядом
главный выключатель отключил электроэнергию от установки.Когда бригадир и завод
оператор пошел искать оператора погрузчика, они нашли его погруженным в лужу воды на
основание лестницы.

Расследование показало, что двигатель мощностью 1-1/2 л.с. на конвейере дробильной установки был закорочен из-за куска проволочной сетки, которая использовалась в качестве ограждения цепного привода. Охрана,
который не был жестко закреплен, имел дырку в изоляции ЛЭП. Мотора не было
рама заземлилась, и в результате короткого замыкания на раму дробильного
и просеивающий завод.Напряжение от защиты до земли составило 285 вольт. Когда охрана была
сняли с мотора, напряжение на трапе пропало.

Заземление — это общий термин, который часто используется для обозначения защитного заземления электрической системы.
заземление и заземление. Операторы шахт часто неверно истолковывают заземление как
что все, что соприкасается с землей, считается заземленным.

Согласно сообщениям об авариях, операторы пытались использовать землю в качестве системы безопасного заземления.Когда это было сделано, конечным результатом обычно были смертельные случаи. Следующий отчет об аварии
Подробно описаны опасности использования земли в качестве системы защитного заземления.

Электроэнергия для дробильной установки и нескольких смежных установок была приобретена у коммунального предприятия.
на 480 вольт. Он питался от однополюсного трансформаторного блока отдельными проводниками к
фургон электроуправления для дробильно-сортировочной установки, покрасочного цеха и к водонасосной станции.Группа трансформаторов была соединена незаземленным треугольником. Все заземление системы было через местные
заземляющие стержни и соединение между блоками.

Машинист погрузчика на шахте был смертельно ранен при контакте с неисправной, находящейся под напряжением,
электрическая распределительная коробка на переносной щековой дробилке. Распределительная коробка, к которой реле давления и
Прикрепленный манометр содержал неисправную электрическую цепь, вызвавшую поражение электрическим током. Этот
распределительная коробка была подвешена рядом с щековой дробилкой на обрезиненном переносном электрическом кабеле.Он был подключен к системе давления масла дробилки через медную трубку и резиновый шланг.

Основной причиной аварии была неправильная установка и/или техническое обслуживание системы низкого давления.
коробка переключателя указателя уровня масла. Способствующие возникновению аварии:

  1. Отсутствие каркасного заземления распределительной коробки.
  2. Наличие замыканий фазы на землю в другом месте системы.
  3. Практика заземления оборудования через локальные заземления или «заземления на колышках».

Использование земли в качестве системы защитного заземления часто называют «заземлением с помощью штифта». Этот
термин происходит от практики заземления каждой отдельной части оборудования на собственности
с отдельным заземляющим стержнем, вбитым в землю. Таким образом, «заземление штифтом» зависит от земли.
проводить ток замыкания на землю. Удельное сопротивление земли сильно варьируется от места к месту.
как видно из данных испытаний и опубликованных данных и близко не приближается к удельному сопротивлению меди
или сталь.Эта система защитного заземления допускает возникновение и сохранение нескольких неисправностей в электрических сетях.
оборудование, которое находится в непосредственной близости друг от друга. При возникновении этого состояния единственным другим
составляющая для смертельного исхода — это человек, соприкоснувшийся с неисправным оборудованием. Когда
в систему подается питание от заземленной энергосистемы, и используется «заземление штифтом»,
Одного замыкания на землю достаточно, чтобы инициировать потенциально фатальную ситуацию. Как видно из
В этом обсуждении следует любой ценой избегать «заземления колышками».

Наилучшим методом системы безопасного заземления является использование проводника того же электрического
характеристики проводника питания. Этот проводник должен находиться в том же кабеле или кабелепроводе, что и
силовой провод и быть непрерывным с как можно меньшим количеством соединений. Этот метод
обеспечивает обратный путь к устройствам отключения цепи с самым низким импедансом и обеспечивает положительное
работу защитных устройств.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОРТАТИВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

На корпусное заземление переносного электрооборудования распространяются обязательные нормы 55, 56, 57,
12027.В этом стандарте указано, что заземление корпуса или эквивалентная защита должны быть предусмотрены для
мобильное оборудование с питанием по тянущимся кабелям. Металлический проводник без тока
становится неотъемлемой частью электрической системы, питающей мобильное оборудование от безопасного
точка зрения. Этот проводник используется для соединения рамы машины с заземлением и, таким образом, предотвращения
опасное напряжение, возникающее в условиях отказа. Поэтому важно, чтобы это
проводник должен быть непрерывным и иметь низкое значение импеданса.Из-за постоянных изгибов и давления, которые
Висячий кабель подвергается воздействию, заземляющий проводник становится весьма уязвимым к износу. Следовательно,
вполне вероятно, что провод может быть сломан в кабеле. Поскольку это единственная связь,
машина должна быть заземлена, важна периодическая проверка целостности этого проводника.
Тестирование этого проводника будет описано в другом разделе этой статьи.

Так как висячие тросы подвержены износу и являются дорогостоящим компонентом электроэнергии
системы, они периодически требуют ремонта.Ремонт висячих кабелей подпадает под обязательное
Стандарт 55, 56, 57, 12013, в котором говорится: «Постоянные сращивания и ремонт силовых кабелей,
включая заземляющий провод, если он предусмотрен, должен быть: (a) механически прочным с электрическим
проводимость максимально приближена к исходной; (b) Изоляция до степени, по крайней мере, равной
оригинала и запечатаны для предотвращения попадания влаги, и (c) снабжены защитой от повреждений как можно ближе к
возможно, чем у оригинала, включая хорошее сцепление с внешней оболочкой.«Важно, чтобы доп.
будьте осторожны при соединении заземляющего провода, так как непрерывность этого провода не является жизненно важной для работы
портативное оборудование, которое он обслуживает. Однако это очень важно с точки зрения безопасности.
Соединения, выполненные в заземляющем проводе, должны быть механически прочными, чтобы предотвратить потерю непрерывности.
Следующее происшествие ясно демонстрирует последствия отсутствия сплошного грунта.
провод в подвесном кабеле.

Оператор операции по добыче песка и гравия скончался в результате поражения электрическим током и/или утопления.Получив удар током от водозаборной трубы поплавковой насосной установки, оператор упал
примерно на 25 футов воды. Плавающая водяная насосная установка, на которой произошла авария, была повреждена.
был недавно установлен. При установке агрегата было обнаружено, что 4-жильный электрический кабель
от органов управления на заводе не было достаточно долго. Соединение было выполнено с помощью 3-х проводной электропроводки.
силовой кабель, не обеспечивающий непрерывного заземления панели управления.Кабель питания
был пропущен через болт с проушиной на двигателе насоса и подключен к проводам двигателя насоса. В
месте, где кабель проходил через болт с проушиной, внешняя изоляция кабеля была удалена и
протерлась изоляция на одной из фаз силового кабеля. Фазный провод был
в непосредственном контакте с рым-болтом.

Насосная установка и примерное местонахождение пострадавшего показаны на рис. 2. Центробежный
насос приводился в действие двигателем на 440 вольт через муфту прямого привода.Алюминиевая гребная лодка была
используется для получения доступа к устройству.

Рис. 2. Авария со смертельным исходом (последующее утопление)

Достигнув баржи-насоса в алюминиевой лодке, пострадавший находился в центре лодки с
рабочий впереди лодки. Когда жертва положила одну руку на 4-дюймовый всасывающий водяной насос,
он получил удар током. В результате жертва упала в воду глубиной 25 футов.

Непосредственной причиной аварии стало отсутствие заземления двигателя привода насоса на регулятор мощности.
панель на заводе.Одной из причин было неправильное крепление силового кабеля к
блок водяного насоса: это, несомненно, привело к износу изоляции, тем самым обнажив оголенный провод.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Как только будет установлено надежное системное заземление, соединяющее все металлические каркасы электрических
оборудования вместе, то система заземления должна иметь некоторый опорный потенциал. С
заземление считается нулевым потенциалом, поэтому логично выполнить электрическое соединение с землей.
выбор.Заземляющий электрод должен иметь наименьшее возможное значение сопротивления, предпочтительно
5 Ом или меньше. Существует несколько причин, связанных с безопасностью, для выполнения соединения с низким сопротивлением к
земля земля. Ниже приведен лишь краткий список.

  1. Ограничивает потенциал электрической системы относительно земли. Таким образом, ограничивая нагрузки на такие
    электрические компоненты, такие как переключатели, изоляторы и трансформаторы.
  2. Снижает влияние статических зарядов на электрическую систему.
  3. Защищает от ударов молнии.
  4. Защищает от напряжения, наведенного молнией.
  5. Сводит к минимуму влияние переходных перенапряжений.

Наиболее эффективный способ подключения к заземлению – это строительство заземляющего слоя. Есть
многочисленные методы построения заземляющего слоя с низким сопротивлением. Горное бюро IC 8767,
Руководство по строительству грунтовых оснований с забивными стержнями подробно описывает несколько методов строительства
заземляющий слой 5 Ом или менее в различных почвенных условиях.

Другим фактором, который следует учитывать при подключении к заземлению, является разделение подстанции.
заземление от защитного заземления. Земля подстанции – это земля, на которую поступает мощность
и трансформационное оборудование подключено. Здесь также находится основная защита шахты.
С точки зрения безопасности рекомендуется, чтобы заземляющий слой и заземляющий слой подстанции были
друг от друга на расстоянии 25 футов или в два раза больше наибольшего размера основания защитного заземления, в зависимости от того, что больше.В
случаи, когда нет заземления подстанции, а коммунальное предприятие подает заземляющий или статический проводник,
нельзя подключать защитное заземление к заземляющему проводу. Кроме того,
молниезащита, входящая в шахту, должна быть привязана к заземлению или
заземление подстанции. Это фактически изолирует энергосистему общего пользования от энергосистемы шахты.
Таким образом, любые неисправности, возникающие в системе энергоснабжения, не будут передаваться на шахту.
система питания.

Если бы неисправности коммунальных сетей разрешалось передавать в шахтную энергосистему, это могло бы устранить
рам горнодобывающего оборудования до опасных пределов потенциала.

ИСПЫТАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Благодаря исследованиям, проведенным Горным бюро, наиболее надежные и точные методы
измерение сопротивления земли заземления методом падения потенциала. Этот метод измерения является
подробно в Публикациях Горного бюро IC 8835, Руководство по заземлению и соединению подстанций.
для шахтных энергосистем.Метод падения потенциала также освещается во многих других публикациях, посвященных
доступны и входят в инструкции по измерению сопротивления заземления.
оборудование. Ниже приводится процедура проверки безопасности, которой следует следовать при проверке безопасности.
наземные системы мин.

ПРОЦЕДУРЫ ИСПЫТАНИЙ НА ЗАЗЕМЛЕННОМ ПОКРЫТИИ

1. Определите местоположение и полную протяженность заземляющего электрода для электрической системы.
проверено.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ — Различные системы питания могут иметь общий заземляющий электрод.

2. Обесточьте все энергосистемы, в которых используется проверяемый заземляющий электрод.

ВНИМАНИЕ — Не проводите испытания при включенной системе. Заблокируйте его или предоставьте другой не менее
эффективные средства.

3. Тщательно проверьте наличие напряжения в системе и примите меры для устранения опасности.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ — Убедитесь, что вы проверили питание контура и конденсаторы.

4. При обесточенной системе заземлить все силовые (фазные) проводники на существующий заземлитель.
электрод с использованием безопасных процедур.

ВНИМАНИЕ — Перед заземлением силовых проводников не должно быть напряжения.

5. Подготовьте тестер сопротивления заземления к проведению испытаний.

6. Отсоедините ранее упомянутые силовые проводники и все заземляющие проводники от
заземляющий электрод в перчатках обходчика.

7. Проверьте наличие напряжения между заземляющим проводником (проводниками) и заземляющим электродом после
соединение прервано. Более чем несколько значений напряжения могут выявить опасность для проверки
персонала или испытательного оборудования.

8. Выполните необходимые проверки сопротивления заземляющего электрода, следуя приведенным инструкциям.
с использованием тестера сопротивления заземления (рекомендуется метод измерения падения потенциала).Тестеры сопротивления заземления доступны от нескольких производителей. Испытательное оборудование не
специально разработанные для испытаний на сопротивление заземления, использовать нельзя.

9. Запишите результаты проверки.

10. Подсоедините все провода заземления к заземляющим электродам, используя перчатки обходчика.

11. Проверьте провод(а) заземляющего электрода на непрерывность от заземляющего электрода.
(включая подключение) к услуге.Если служба удалена от заземления
электрода, проверьте непрерывность до точки, где проводник заземляющего электрода
физически защищены, а также силовые проводники.

12. Запишите результаты проверки непрерывности.

Важность обесточивания энергосистемы перед проведением испытаний системы заземления очевидна.
проиллюстрировано следующим несчастным случаем без смертельного исхода.

Электрик получил сильные ожоги левого предплечья, когда отключил нейтральную массу.
от конденсаторной батареи под напряжением 4160 вольт на подстанции.Авария показана на рисунке 3.

Рис. 3. Авария с заземляющим электродом

Мощность при добыче полезных ископаемых была снижена с 4800 вольт до 4160 вольт за счет двух батарей по три.
однофазные трансформаторы. Оба берега были соединены треугольником-звездой с нейтралью, соединенной с
заземление системы. Одна группа трансформаторов была подключена ко вторичной обмотке звездой на 4160 вольт через плавкие предохранители.
вырезы для конденсаторной батареи. Конденсаторы были подключены к заземлению системы.

Электрик занимался изоляцией системы от всех внешних источников питания и питания.
основания компании. Он делал это для того, чтобы проверить систему заземления.

Питание не отключалось, так как предполагалось, что проводник заземляющего электрода мог быть поврежден.
сняты с заземляющего стержня конденсаторной батареи без какой-либо опасности. Когда он
снял заземляющий проводник с заземляющего стержня, на его руках возникла дуга, и
руки, вызвав серьезные ожоги обеих рук и левой руки.

Исследование показало, что потенциал напряжения между заземлителем и землей
стержень был 1200 вольт. Это состояние было вызвано перегоревшим предохранителем в одном из конденсаторов.
вырезы в банках.

Испытание заземления корпуса — стационарное электрооборудование

Неправильное заземление рамы является причиной многих несчастных случаев с электрическим током в шахтах по добыче металлов и неметаллов. это
поэтому важно, чтобы система заземления рамы периодически проверялась, чтобы определить,
заземляющий провод непрерывен по всей системе электроснабжения шахты.Полное сопротивление контура заземления
тестирование не только требуется MSHA в 55, 56 и 57.12-28, но и рекомендуется Национальным пожарным
Ассоциация защиты в своей публикации 70B «Техническое обслуживание электрооборудования», 1977 г.

Испытание импеданса контура заземления используется для определения полного сопротивления цепи переменному току.
цепь, которая будет задействована в условиях отказа. Поскольку испытание на сопротивление заземления было
рассмотрены ранее, последние два компонента, подлежащие испытанию в соответствии с 12-28, — это заземление.
электродный проводник и заземляющий проводник каркаса.Заземляющий проводник – это
проводник, соединяющий заземлитель с оборудованием отключения обслуживания, обслуживающим шахту
имущество. Целостность этого проводника необходимо проверять ежегодно. Заземление каркаса
проводники – это проводники, идущие от сервисного разъединения к каркасам всех электрических
оборудование. Эти проводники должны быть проверены один раз, а затем каждый раз при ремонте или модификации.
к цепи. (Политика требует проверки заземления корпуса.)
[См. Том 4 Руководства по политике программы.]

Этот тест может быть проведен несколькими методами. В одном методе используется тестер импеданса контура заземления.
Этот тестер подает ограниченный ток короткого замыкания (примерно 20 ампер) на тестируемую цепь в течение
ограниченное время (примерно 20 миллисекунд) путем измерения падения напряжения на эталонном резисторе
тестер показывает значение в омах контура неисправности.

Для определения цепей с высоким сопротивлением следует использовать тесты импеданса контура заземления.Высота
сопротивление может указывать на плохое соединение или чрезмерную длину проводника. Низкие значения сопротивления при
хорошая индикация не гарантирует, что все элементы схемы имеют достаточную мощность для работы с большими
замыкания на землю. Хорошее качество изготовления и тщательный визуальный осмотр необходимы для установки
целостность систем.

ПРОВЕРКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ КОРПУСА ПЕРЕНОСНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Заземляющие жилы во висячих кабелях, силовых кабелях и шнурах, подающих питание на портативные
электрооборудование требует проверки чаще, чем ежегодная проверка, необходимая для заземления
проводники, которые подвергаются или подвергаются вибрации, изгибу, коррозионным средам или частым
опасности молнии.Процедуры и методы испытаний, используемые для проверки этого заземляющего проводника, могут быть
тот же метод используется для испытания заземлителей стационарного электрооборудования. Тем не мение,
этот метод тестирования требует много времени, учитывая частоту, с которой тесты должны проводиться.
сделано для соблюдения регламента. Имеются устройства, которые используются в угольных шахтах.
постоянно контролировать целостность заземляющего проводника. Эти устройства, называемые наземной проверкой
мониторы, требуются в соответствии с правилами электроснабжения угольных шахт для непрерывного контроля тянущегося кабеля.
целостность заземляющего провода.При обрыве заземляющего провода монитор отключает автоматический выключатель, питающий
висячий трос, таким образом обесточивая машину и предотвращая становление рамы машины
под напряжением. Эти мониторы имеют отказоустойчивую конструкцию и уже несколько лет используются в шахтах.

Хотя мониторы заземляющего провода не требуются в соответствии с правилами использования металлов и неметаллов, их можно использовать.
выполнять требования 55, 56 и 57, 12-28. Их следует использовать в первую очередь для наблюдения за
висячий кабель заземления, подключенный к переносной горнодобывающей технике.Применение этих мониторов
к переносным ручным электроинструментам нецелесообразно из-за сложности и размера заземляющего провода.
оборудование для наблюдения. Однако использование GFI на переносных ручных электроинструментах было бы
практично и предпочтительно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Надлежащее заземление шахтных электрических систем чрезвычайно важно на рудниках. Там
было много смертельных случаев, связанных с системами питания, которые не были должным образом заземлены.Как можно видеть
Согласно этой статье, система заземления похожа на спасательный круг для альпинистов. Если у альпиниста нет
линии жизни, он рискует упасть, когда потеряет равновесие. Кроме того, если линия жизни не
периодически тестируется, на него нельзя полностью полагаться. Вот почему система заземления на шахте
необходимо периодически тестировать.


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*

*

*