Контурное заземление: традиционный, глубинный и наружный, схемы подключения

Что выбрать – глубинное или контурное заземление

• Главная/
• Статьи/
• Что выбрать – глубинное или контурное заземление

Каждый обладатель дачного участка, владелец промышленного оборудования, хозяин частного дома рано или поздно сталкивается с необходимостью монтажа заземления. Какой же тип заземления лучше подойдет под конкретные условия, какое надежнее и выгоднее?

Для начала определимся, что такое заземление и для чего оно нужно.

Заземление – это заземляющее устройство (заземлитель и заземляющие проводники), которое соединяет с «землей» заземляемые элементы электрооборудования.

Заземляющее устройство призвано в случае сбоя работы оборудования или в других чрезвычайных ситуациях направить ток через себя в грунт, обезопасив таким образом находящихся рядом людей и животных.

Различают заземления контурные (распределенные) и выносные.

Контурное заземление

Отличительной чертой контурного заземления является то, что заземляющее устройство соединено в единый замкнутый контур и расположено по периметру защищаемого участка, а иногда и равномерно распределено по всей площади.

Из-за незначительного расстояния между электродами, помещенным в грунт, любая точка поверхности обладает значительным потенциалом. А между разными точками разность потенциалов, наоборот, будет мала. Так, для человека, который находится внутри контура заземления, напряжение прикосновения будет очень низким. Этот факт обуславливает высокий уровень безопасности при таком типе заземления.

Контурное заземление чаще всего применяют при установках напряжением выше 1000 В.

Достоинства контурного заземления

• Высокая эффективность заземления,
• Возможность применения на промышленных участках,
• Коэффициент прикосновения меньше единицы.

Недостатки контурного заземления

• Большая стоимость строительно-монтажных работ,
• Нет возможности выбрать место размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта.

Выносное заземление – это заземление, при котором заземлитель вынесен за пределы защищаемого участка или находится в определенной зоне этого участка.

Рассмотрим выносное заземление на примере глубинного.

Глубинное заземление

Заземление производится с погружением заземлителей в грунт на глубину до 20-30 метров. При этом заземляющее устройство сконцентрировано на небольшой площади, что дает возможность не распылять монтажные работы по всему участку, как это происходит с контурным заземлением.

Характерная черта глубинного заземления — достижение заземлителей плотных и водонасыщенных слоев грунта, которые отличаются очень низким сопротивлением и охотно «проглатывают» ток.

Достоинства глубинного заземления

• Невысокие затраты на строительно-монтажные работы и последующее благоустройство участка,
• Возможность выбора места установки заземлителей с грунтом наименьшего сопротивления,
• Компактность расположения заземляющего устройства.

Недостатки глубинного заземления

• Неприменимо в случаях напряжения выше 1 кВ,
• Отдаленное размещение заземлителя от защищаемого участка, из-за чего на части защищаемой площади коэффициент прикосновения равен единице,
• Возрастание сопротивления проводника при большом расстоянии до заземлителя.

Какой же вид заземления выбрать?

Выбор нужно делать исходя из условий: назначения защищаемого участка, величины напряжения и финансовых условий.

Глубинное заземление часто применяют на дачных участках и частных домах, где не подразумеваются большие напряжения и нет желания «уродовать» траншеями весь участок.

Контурное заземление – это прерогатива производственных участков, площадок с установками, находящимися под большим напряжением. Оно надежнее по сравнению с глубинным, но требует финансовых затрат в большем количестве.

Контурное заземление — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Cтраница 3

Схема выравнивания потенциала.  [31]

Распределение потенциалов на поверхности земли вне контура заземления отличается от распределения их при растекании тока с одиночного заземлителя. При контурном заземлении точки поверхности земли

, имеющие нулевой потенциал, удалены от контура заземления значительно дальше 20 м — расстояния до нулевых потенциалов при растекании тока с одиночного заземлителя.  [32]

Контурное заземление.  [33]

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру ( периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют на всей площадке ( зоне обслуживания оборудования) равномерно. Безопасность при контурном заземлении обеспечивается выравниванием потенциала основания и его повышением до значений, близких к потенциалу корпуса оборудования. В результате обеспечивается высокая степень защиты от прикосновения к корпусу оборудования, оказавшегося под напряжением, и от шагового напряжения.

Контурное заземление применяют при высокой степени электроопасности и при напряжениях свыше 1000 В.  [34]

Как видно из рис. 14 — 6 6, вокруг сложного заземлите-ля происходит своеобразное распределение потенциалов: между параллельно соединенными одиночными заземли-телями потенциалы во всех точках земли выше, чем они были бы для каждого заземлителя IB отдельности, — и величины этих потенциалов нигде не опускаются до нуля. Это свойство используется в контурном заземлении ( рис. 14 — 7), представляющем собой замкнутый ( или почти замкнутый) контур, охватывающий участок, на котором находятся заземленные части установок. При контурном заземлении зазем-лители располагаются по периметру защищаемой территории, а при большой ширине ее — закладываются также и внутри нее. Контурные заземлители выполняются из труб или уголков, соединенных полосами.  [35]

Осциллограммы тока, напряжения и зависимость и от времени для сосредоточенного заземлителя.  [36]

Достигаемое этим снижение напряжений прикосновения и шага особенно важно для установок с большими токами замыкания на землю. Для этой цели устраивается так называемое контурное заземление, при котором заземляющие электроды располагаются по контурам вокруг заземляемых элементов, повышая тем самым потенциалы поверхности земли внутри этих контуров. Благодаря этому разность потенциалов между заземляемым объектом и местом возможного расположения человека при его соприкосновении с объектом уменьшается.  [37]

Защита подстанций с распределительными устройствами 220 — 110 — 35 кв от прямых ударов молнии выполняется при помощи тросовых или стержневых молниеотводов, число и местоположение которых определяются расчетами. При этом расположение всех трех элементов молниеотвода ( молниеприемник, заземляющий спуск и заземляющее устройство) должно быть таким, чтобы вероятность обратных перекрытий по воздуху с элементов молниеотвода на токо-ведущие части и корпуса аппаратов, а также в земле от заземлений молниеотводов до

контурного заземления подстанций была минимальной.  [38]

Применяют два вида заземления: сосредоточенное ( выносное) и контурное. При сосредоточенном заземлении заземлители располагают в сырых, низких местах с наименьшим сопротивлением грунта. Контурное заземление отличается тем, что заземлители располагаются по контуру площадки, где размещено оборудование.  [39]

Как видно из рис. 14 — 6 6, вокруг сложного заземлите-ля происходит своеобразное распределение потенциалов: между параллельно соединенными одиночными заземли-телями потенциалы во всех точках земли выше, чем они были бы для каждого заземлителя IB отдельности, — и величины этих потенциалов нигде не опускаются до нуля. Это свойство используется в контурном заземлении ( рис. 14 — 7), представляющем собой замкнутый ( или почти замкнутый) контур, охватывающий участок, на котором находятся заземленные части установок. При

контурном заземлении зазем-лители располагаются по периметру защищаемой территории, а при большой ширине ее — закладываются также и внутри нее. Контурные заземлители выполняются из труб или уголков, соединенных полосами.  [40]

Молниеотводы бывают стержневые, тросовые и сеточные. На [ ефтебазах применяют одиночные или двойные стержневые молние-иводы, которые действуют совместно. Число труб и длину соедини-ельных полос для контурного заземления подстанции в зависимости Т климатического района и удельного сопротивления грунта опре — [ еляют по специальным техническим условиям.  [41]

Практически в цехах с встроенными или близко расположенными подстанциями, достаточно насыщенных технологическим оборудованием, Unp при замыканиях на корпус не превышает 10 — 12 В вследствие дополнительной проводимости, создаваемой многочисленными связями с землей через зануленные металлические части электроустановок и имеющийся с ними электрический контакт и трубопроводы различных коммуникаций. Однако для удаленных от подстанции небольших объектов без водопровода иар сохраняет опасное значение. Для снижения опасности эффективно устройство дополнительных местных очагов повторного заземления нулевого провода, выполняемых в виде контурного заземления.  [42]

Напряжение на заземляющих устройствах при больших токах замыкания может достигать значительной величины и быть слишком большим, что может не обеспечить расчетные значения напряжений прикосновения и шага. По Правилам устройства электроустановок сопротивление заземляющих устройств в электроустановках с большими токами замыкания на землю должно быть в любое время года не более 0 5 ом. Значит, для защиты персонала, кроме мгновенного отключения поврежденного участка, надо принять дополнительные меры в виде устройства

контурных заземлений, использования естественных заземлителей и соответствующих изолирующих приспособлений.  [43]

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру ( периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют на всей площадке ( зоне обслуживания оборудования) равномерно. Безопасность при контурном заземлении обеспечивается выравниванием потенциала основания и его повышением до значений, близких к потенциалу корпуса оборудования. В результате обеспечивается высокая степень защиты от прикосновения к корпусу оборудования, оказавшегося под напряжением, и от шагового напряжения. Контурное заземление применяют при высокой степени электроопасности и при напряжениях свыше 1000 В.  [44]

Страницы:      1    2    3

Общие сведения о контурах заземления — рекомендации по применению

---

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

Что такое контур заземления?

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

Наземные символы

Мифология заземления

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

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

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

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

Если земля такая плохая, то зачем вообще земля?

Основание необходимо по двум причинам: безопасность и безопасность.

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

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

Помехи сигналам от контуров заземления

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

Помехи сигналам из-за магнитной индукции

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

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

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

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

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

 

Помехи сигналам из-за дисбаланса заземления

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

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

Закрытие

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

Ссылки

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

Мичиганский государственный университет.

Исследование и код NEC

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

Код NEC

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

---

Версия для печати в формате pdf этого указания по применению

Что такое контур заземления?

Опубликовано 11 июня 2020 г.

Контур заземления — это то, что происходит, когда два отдельных устройства (A и B) подключаются к земле разными путями, а затем также соединяются друг с другом другим путем, образуя петлю. Когда создается контур заземления, ток может течь в непредвиденных направлениях. Ток может течь на землю через собственный путь заземления устройства или он может сначала течь к другому устройству, прежде чем уйти на землю из-за разницы электрических потенциалов между устройствами. Этот непреднамеренный ток приводит к тому, что системный шум или помехи передаются на близлежащие устройства.

Влияние контуров заземления

Контуры заземления очень заметны на звуковом оборудовании, поскольку они могут вызывать жужжание или жужжание, которые, как правило, нежелательны для аудиосигнала.

Одним из примеров возникновения контура заземления является простая установка портативного компьютера и динамика с питанием от сети переменного тока. Когда динамик используется ноутбуком, подключенным через аудиокабель, когда и ноутбук, и динамик подключены к сети переменного тока, динамик может издавать жужжащий звук. Эту проблему можно решить, отключив зарядное устройство ноутбука от сети, что разорвет контур заземления. Этот сценарий может произойти или не произойти в зависимости от заземления дома или учреждения.

Другими эффектами контуров заземления являются помехи при передаче данных, радиочастотные помехи и шум источника питания.

Решения для контуров заземления

Если вы столкнетесь с контуром заземления на своих устройствах, не беспокойтесь. Заземляющие контуры легко устранить, как только вы их поймете.

1. Используйте одну вилку переменного тока

Большинство проблем с контуром заземления можно устранить, просто подключив свои устройства к одному источнику переменного тока с одинаковым заземлением. Тем самым вы уменьшите разницу электрических потенциалов между заземлениями устройств.

2. Подъем заземления

Один из самых простых способов устранения контура заземления — перерезать путь заземления от одного устройства к другому. Тем самым он разрывает петлю, образовавшуюся в земле. В настоящее время большинство аудиоустройств имеют переключатель заземления, так что можно легко отключить заземление от одного устройства.