Расстояние между штырями заземления: Какое расстояние должно быть между штырями заземления?

Содержание

Каким должно быть расстояние между заземляющими электродами?

09.12.15

Расчёт заземления подразумевает определение количества и конфигурации заземлителей, глубины их погружения и при учёте удельного сопротивления грунта. Все эти параметры напрямую влияют на итоговое сопротивление установленного заземления. Однако при монтаже не редко возникает вопрос и о таком параметре, как «минимальное расстояние между заземляющими электродами». Каким оно должно быть? На практике часто принимается в расчёт расстояние 3 метра, что подтверждает недавний вопрос от посетителя нашего сайта. Верно ли это значение? Разбираемся в этом вопросе!

Для эффективного растекания тока, вертикальные электроды должны устанавливаться на расстоянии не менее их длины. Большую роль играет коэффициент использования, так как он показывает взаимное влияние заземляющих электродов в контуре заземления и имеет прямую зависимость от взаимного расстояния электродов. Прямые указания по размещению вертикальных электродов на расстоянии большем, чем их длина, указаны в пункте 2.

2 РД 34.21.122-87

Вертикальные электроды должны устанавливаться на расстоянии не менее их длины

Расположение электродов в ряд также способствует более эффективному растеканию тока, по сравнению с контуром, потому что рабочие области электродов не перекрываются — коэффициент использования больше. Если несколько заземляющих электродов расположены слишком близко друг к другу, то данная схема заземления становится неэффективна, поскольку «рабочие зоны электродов» перекрываются — уменьшается рабочий объём этих зон и, следовательно, уменьшается эффективность работы каждого заземляющего электрода.

Таким образом, значение имеет общая длина электродов и их правильное расположение. Каждый проводник обладает электрическим потенциалом. Чем ниже сопротивление, тем лучше ток растекается в среде, тем сильнее снизится потенциал на заземлителе. Он будет приближаться к естественному потенциалу земли, т.е. к нулю. В результате снизится и величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки.

Установка электродов в замкнутый контур подходит для размещения вокруг объекта, служит цели уравнивания и выравнивания потенциалов, что важно в молниезащите, а также позволяет получить низкое сопротивление заземления, т.к. может использоваться большая общая длина электродов.

У вас имеются другие вопросы о расчётах заземления и молниезащиты? Задайте их нашим техническим специалистам, которые с удовольствием предоставят на них ответы!

Смотрите также:

Хотите получать избранные новости о молниезащите и заземлению раз в 3-4 недели?
Зарегистрируйтесь и автоматически получайте email-рассылку с подборкой.

Все новости публикуются в наших группах в мессенджерах и в социальных сетях.
[ Новостной канал в Telegram ]

Смотрите также:

Расстояние между штырями заземления

Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?

Вертикальные заземлители небольшой длины

При использовании вертикальных заземлителей небольшой длины (порядка нескольких метров) для обеспечения необходимого заземления в землю устанавливают несколько штырей, которые соединяют между собой параллельно. Естественно, поскольку такой массив занимает определённую площадь, возникает соблазн сэкономить пространство и разместить штыри ближе друг к другу. Но, на самом деле, этого не следует делать — есть определённое расстояние, ближе которого размещать штыри друг относительно друга не следует. О том, чему равно это расстояние и почему слишком близко расположенные штыри — это плохо, пойдёт речь в данной статье.

Взаимное экранирование электродов

В том случае, если два электрода (штыря) находятся на бесконечно большом расстоянии друг от друга, то при их параллельном соединении идеальным проводником с нулевым сопротивлением общая проводимость такого заземлителя относительно земли будет равна сумме проводимостей обоих штырей относительно земли (напомним, что проводимость — это величина, обратная сопротивлению). Данное правило может быть обобщено и на большее количество электродов, тогда суммируются их проводимости.

Но что мы будем наблюдать, если расстояние между параллельно соединенными электродами меньше их длин или сопоставимо с ними? Проводимость такого заземления будет меньше суммы проводимостей двух отдельных штырей относительно земли. Такое явление называется взаимным экранированием электродов. В свою очередь, оно обусловлено так называемым отталкиванием токов.

Основным фактором, определяющим электропроводность почвы, является наличие в ней влаги, в которой растворены соли. В результате получается электролит. При прохождении электрического тока через электролит положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы — к положительному электроду (аноду). Например, при использовании электродов из меди они будут выполнять роль анода. При этом, поскольку электроды соединены между собой проводником с низким сопротивлением, потенциалы на них относительно земли будут практически одинаковы.

Ионная проводимость в электролите

Ионная проводимость в электролите

Электрический ток связан с физическим переносом ионов. При близком расположении электродов одноименно заряженные ионы будут отталкиваться, что уменьшит интенсивность их движения. Это и есть явление отталкивания токов. В итоге оно уменьшает общую проводимость системы из параллельно соединенных электродов.

Определение минимального расстояния между вертикальными заземлителями

Слишком большое расстояние между вертикальными электродами — это не только нерациональное использование земли, но и большая длина проводов, соединяющих электроды. Чем длиннее провода, тем выше их сопротивление. С другой стороны, если мы размещаем штыри слишком близко друг к другу, это снизит их эффективность. Отсюда следует, что должен быть некий оптимальный диапазон значений расстояния между вертикальными электродами заземления, в пределах которого обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели.

Защита сооружений от попадания молнии — крайне ответственная задача, поэтому для нее параметры заземления, состоящего из нескольких электродов, жестко прописаны, в том числе и расстояние между электродами. К примеру, согласно действующей Инструкции РД 34. 21.122-87, п. 2.2 для отдельно стоящих молниеотводов приемлемым является «искусственный заземлитель, состоящий из трех и более вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом, при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м».

При использовании заземления только для обеспечения безопасности эксплуатации электрических установок, целевым показателем является достижение нужного сопротивления заземления. Методика расчета на основании так называемого коэффициента использования приведена здесь. Чем выше значение коэффициента использования, тем заземление эффективнее. Следует отметить, что значение коэффициента использования зависит не только от расстояния между электродами, но и от количества электродов, а также от топологии их размещения (при одном и том же минимальном расстоянии между электродами расположение их в ряд дает больший коэффициент использования, чем при размещении в виде замкнутого контура).

Электричество установки заземления, часть подземного металлического каркаса

Размещение электродов по замкнутому контуру более удобно с точки зрения использования пространства, но при этом несколько снижается эффективность заземления по сравнению с электродами, расположенными в ряд

Эксперименты показали, что взаимное экранирование параллельно соединенных вертикальных электродов в земле наблюдается на уровне, оказывающим влияние на свойства заземления, при расстоянии менее 2,2L

, где L – длина электрода.

Дальнейшее увеличение расстояния между электродами не дает уже ощутимой выгоды. С другой стороны, при расстоянии между электродами, не превышающим 0,033L, добавление новых электродов не уменьшает сопротивление заземления.

Выводы

В реальности сопротивление заземления меняется в широких пределах в зависимости от времени года и погодных условий. Поэтому на практике для многоэлектродных вертикальных заземлителей часто используют эмпирическое правило — расстояние между электродами должно составлять не менее длины одного электрода. Максимальное значение расстояния, чтобы заземление не было слишком громоздким и дорогим — удвоенное значения длины электрода. Поскольку длина электродов для многоэлектродного вертикального заземления обычно составляет 3 — 5 м, нормы Инструкции РД 34.21.122-87 в диапазон 1 — 2 длины электрода вполне укладываются.

Тем не менее, современные здания имеют все более сложную конструкцию, в них все больше используется металлических элементов. Телекоммуникационное оборудование, особенно базовые станция мобильной связи, предъявляют очень жесткие требования к заземлению. Поэтому лучше все-таки не полагаться только на эмпирические правила, а обратиться в Технический центр ZANDZ.com, где опытные специалисты разработают вам проект заземления с учетом ваших конкретных задач и особенностей местности, где он будет реализовываться.

Смотрите также:

c # — Как я могу увидеть расстояние между двумя контактами в формах xamarin и получить расстояние в виде строки?

Переполнение стека

Около
Продукты
Для команд

Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста

точек — Как управлять расстоянием между узлами в graphviz?

Переполнение стека

Около
Продукты
Для команд

Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира

r — Как эффективно рассчитать расстояние между точками GPS в одном наборе данных и точками GPS в другом наборе данных с использованием таблицы данных

Переполнение стека

Около
Продукты
Для команд

Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста

python 3.x — расстояние между узлами и центроидом в кластере kmeans?

Переполнение стека

Около
Продукты
Для команд

Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами

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
Материал	Поверхность	Профиль	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 сталь^5,6	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
Наличие защиты	Механически защищенные	Механически незащищённые
Защищённые от коррозии	6	16
Незащищённые от коррозии	10	25

Всего комментариев: 0

Какое расстояние должно быть между штырями заземления

Заземление почему треугольник

Почему заземление треугольником устарело?

Треугольный контур заземления принято считать традиционным для небольших объектов, таких как: частный дом, дача или офис. При этом нет ни одного нормативного документа, обязывающего монтировать заземление именно таким способом. Тем не менее, на протяжении многих лет сложился определенный порядок при установке заземляющего устройства. Чем полюбился монтаж заземлителей треугольником? И почему стоит отказаться от наследия предшествующего поколения? Попробуем разобраться.

Зарождение традиционного заземления

Традиция выполнять заземление в виде треугольника, безусловно, не любовь, а вынужденное решение. Требования к заземлению в России регламентировалось всегда правилами устройств электроустановок, первое издание которого вышло аж в 1949! Следовательно, необходимость в заземлении объектов появилась, как минимум, с этого времени. Наиболее популярным токопроводящим металлом на тот момент и последующие десятилетия стала угловая черная сталь. Без использования специальных инструментов заглубить ее можно не больше, чем на глубину промерзания грунта, т.к. проблематично забить уголок длиной более 2-2,5 м. Поэтому, чтобы добиться нужного значения сопротивления, увеличивали площадь, с которой растекается ток, дополнительными заземлителями. Форма контура может быть квадратной, прямоугольной или располагаться вдоль периметра дома, но любой собственник, выбирая между вариантами, укажет на наиболее простой. Так и зародилась традиция выполнять контур заземления треугольником.

Так ли хорош метод заземления треугольником?

Если раньше электрооборудование в частном доме или даче состояло только из телевизора и холодильника, то сейчас вопрос защиты имущества стоит остро. Современный дом — умный дом, он автоматизирован и наполнен технологическими устройствами. Здесь уровень комфорта напрямую зависит от электробезопасности, поэтому и подходить к выбору заземления стоит ответственно. Раньше рынок заземления не мог предложить другого решения, но сейчас выбор есть. Производители современного заземления учли все недостатки черной стали и поменяли не только материал заземлителя, но и сам подход к монтажу. Монтаж заземления из черной стали включал в себя: раскопку траншей, заколачивание заземлителей, сваривание уголков, но сейчас современная установка выглядит в виде одного глубинного электрода.

Преимущества глубинного заземления

Прежде всего современное заземление это:

Быстрый монтаж. На установку классического комплекта «Заземление в частном доме ZANDZ ZZ-6» уходит в среднем 30 минут!
Стабильное сопротивление заземления. Основная длина электрода находится ниже глубины промерзания, сопротивление грунта не сильно увеличивается в зимнее время и остается в предельных значениях.
Долгий срок службы. Великолепная коррозиестойкость некоторых материалов позволяет обеспечить срок службы заземлителю до 100 лет.

Очевидно, что некоторые традиции следует нарушать. Для чего использовать устаревший подход, если новый позволит сэкономить время, трудозатраты, деньги и будет служить еще век? Возникли вопросы по заземлению? Обратитесь в Технический центр за консультацией!

Источник: https://zandz. com/ru/news/Pochemu_zazemlenie_treugolnikom_ustarelo

Каким должно быть расстояние между заземляющими электродами?

Расчет заземления подразумевает определение количества и конфигурации заземлителей, глубины их погружения и при учете удельного сопротивления грунта. Все эти параметры напрямую влияют на итоговое сопротивление установленного заземления. Однако при монтаже не редко возникает вопрос и о таком параметре, как “минимальное расстояние между заземляющими электродами”. Каким оно должно быть? На практике часто принимается в расчет расстояние 3 метра, что подтверждает недавний вопрос от посетителя нашего сайта. Верно ли это значение? Разбираемся в этом вопросе!

Расположение электродов в ряд также способствует более эффективному растеканию тока, по сравнению с контуром, потому что рабочие области электродов не перекрываются — коэффициент использования больше. Если несколько заземляющих электродов расположены слишком близко друг к другу, то данная схема заземления становится неэффективна, поскольку “рабочие зоны электродов” перекрываются — уменьшается рабочий объем этих зон и, следовательно, уменьшается эффективность работы каждого заземляющего электрода.

У вас имеются другие вопросы о расчетах заземления и молниезащиты? Задайте их нашим техническим специалистам, которые с удовольствием предоставят на них ответы!

Источник: https://zandz.com/ru/news/Kakim_doljno_byit_rasstoyanie_mejdu_zazemlyayuschimi_elektrodami

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 R_з, Ом	Характеристика электроустановок
R_з < 0,5	Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю I_з < 500А
R_з = 250 / I_з < 10	Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю I_з < 500А
R_з = 125 / I_з < 10	При условии, что заземляющее устройство является общим для злектроустановок напряжением до и выше 1000 В и расчётном токе замыкания на землю I_з < 500
R_з < 2	В электроустановках напряжением 660/380 В
R_з < 4	В электроустановках напряжением 380/220 В
R_з < 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 К_с

Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов	Климатические зоны СНГ
	1	2	3	4
Климатические признаки зон:	1	2	3	4
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 М_в 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 М_в	М_в
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 М_в	М_в
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 М_г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов в ряд.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l	М_г при числе электродов в ряд
Отношение расстояния между электродами к длине a/l	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 М_г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов по контуру.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l	М_г при числе электродов в контуре заземления
Отношение расстояния между электродами к длине a/l	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.

Устройство заземления. Виды и особенности. Правила и монтаж

Большая часть домов в нашей стране оснащена системой электропередач, не имеющей заземления, по старому образцу. Необходимо помнить, что работа современных бытовых устройств без наличия заземляющего контура способствует возникновению в их деятельности различных неисправностей, и, как следствие, выходу из строя. Владельцам домов приходится самостоятельно производить устройство заземления, которое необходимо для создания электробезопасности.

Для чего нужно устройство заземления

Основной задачей заземления является отключение напряжения сети при возникновении утечки тока. Это может быть выражено в виде прикосновения человека к токоведущим частям, повреждения изоляции электрических проводов. Другой, не менее важной функцией заземления является создание нормальных условий для работы бытовых электрических устройств.

Некоторые устройства требуют кроме заземляющего контакта в розетке, еще и прямого подключения к шине заземления. Для этого имеются специальные зажимы.

Например, микроволновая печь может создавать фон, опасный для человека, если ее не подключить напрямую к заземляющей шине. На задней стенке корпуса печи может находиться специальная клемма для заземления. А если прикоснуться влажными руками к стиральной машине без заземления, то руки может неприятно щипать. Решить эту проблему можно только, подключив «землю» на корпус стиральной машины. С электрической духовкой ситуация похожа на предыдущие случаи.

Также своеобразно реагирует на наличие заземления бытовой компьютер. Если сделать заземление на корпус системного блока, то может повыситься скорость Интернета, и исчезнут всевозможные зависания.

Не менее важным является устройство заземления в частных домах. Тем более, если дом деревянный. Все дело в возможных ударах молнии. На частных усадьбах много различных частей, которые притягивают молнии: скважины, трубы, колодцы и т. д. При отсутствии молниеотвода и контура заземления, удар молнии с большой вероятностью может привести к пожару. Обычно в сельской местности нет пожарной части, или она удалена, поэтому жилые и подсобные помещения могут пострадать или полностью выгореть за короткий срок. Вместе с заземлением рекомендуется выполнять устройство молниеотвода.

Правила устройство заземления

Искусственные системы заземления используют в случаях, когда естественные элементы заземления не удовлетворяют правилам. В качестве естественных элементов могут служить водопроводные стальные трубы, находящиеся в земле, артезианские скважины, элементы зданий из металла, соединенные с землей и т.п.

Запрещается применять бензопроводы, нефтепроводы и газопроводные трубы в виде естественных заземлителей.

Для самодельных элементов заземления рекомендуется использовать металлический уголок 50 х 50 мм, в длину 3 метра. Эти отрезки забивают в землю в траншее, имеющей глубину 0,7 метра. При этом оставляют 10 см отрезков над дном. К ним приваривают проложенный в траншее стальной пруток диаметром от 10 до 16 мм, либо стальную полосу аналогичного сечения по всему контуру объекта.

По правилам в электрических установках до 1000 вольт сопротивление контура заземления должно быть не выше 4 Ом. Для установок более 1000 вольт сопротивление заземления должно быть не выше 0,5 Ом.

Варианты и особенности

Всего существует 6 систем заземления, но в частных постройках используется чаще всего 2 схемы: TN — C — S и TT. В последнее время популярна первая из этих систем. В ней имеется глухозаземленная нейтраль. Шина РЕ и нейтраль N проводится одним проводом РЕN, на входе в здание устройство заземления разделяется на отдельные ветки.

В такой схеме защита осуществляется электрическими автоматами, при этом не обязательно монтировать устройства защитного отключения. Недостатком такой схемы можно назвать следующий момент. Если повреждается проводник РЕN между подстанцией и домом, то на шине заземления в доме возникнет напряжение фазы. При этом оно не отключается никакой защитой. В связи с этим правила требуют обязательное наличие механической защиты проводника РЕN, и резервное заземление на столбах через каждые 200 метров.

Однако, в селах электрические сети в основном не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому целесообразно применять схему ТТ. Эту схему лучше применять для отдельных построек, имеющих грунтовый пол, так как есть вероятность прикосновения сразу к заземлению и грунту, что опасно при схеме TN – C — S.

Отличие состоит в том, что «земля» идет на щит от индивидуального заземления, а не от подстанции. Эта система более устойчива к возникновению повреждений защитного проводника, но требует обязательной установки устройства защитного отключения. Иначе не будет защиты от удара током. Поэтому правила называют такую схему резервной.

Монтаж заземления

Устройство заземления существует двух видов, отличающиеся способом монтажа и свойствами материалов. Один вид состоит из модульной штыревой конструкции заводского исполнения с несколькими электродами, а второй вид выполняется самостоятельно из кусков металлопроката. Эти виды отличаются заглубленными частями, а надземная часть и проводники аналогичны друг другу.

Устройство заземления приобретенное в торговой сети, имеет свои преимущества:

Продается комплектом, элементы набора разработаны специалистами с соблюдением всех требований правил, изготовлены на заводском оборудовании.
Не требуются сварочные работы, и почти не нужны земляные работы.
Дает возможность углубиться в землю на значительную глубину с получением малого сопротивления всего устройства заземления.

Устройство заземления заводского исполнения имеет недостаток это высокая стоимость набора.

Материалы и инструменты

Заземлители, изготовленные самостоятельно, должны быть выполнены из оцинкованного металлопроката: прутка, уголка, либо трубы.

Купленные наборы состоят из омедненных штырей с резьбой. Они соединяются муфтами из латуни. Провод заземления соединяется со штырем зажимом из нержавейки с применением специальной пасты. Заземлители запрещается смазывать или окрашивать.

При выборе сечения проката необходимо учесть тот факт, что при воздействии коррозии со временем сечение уменьшится.

Наименьшие сечения проката выбираются:

Оцинкованный пруток – 6 мм.
Пруток из металла без покрытия – 10 мм.
Прямоугольный прокат – 48 мм².

Штыри соединяют полосой, проволокой или уголком. Ими подводят заземление до электрического щита. Размеры соединяющего проката: пруток – диаметром 5 мм, прямоугольный профиль – 24 мм².

Сечение провода заземления в здании не должно быть меньше сечения провода фазы. К этим проводникам имеются требования по диаметру жил:

Алюминиевый без изоляции – 6 мм.
Медный без изоляции – 4 мм.
Изолированный алюминиевый – 2,5 мм.
Изолированный медный – 1,5 мм.

Для соединения всех проводников заземления нужно применять заземляющие шины, выполненные из электротехнической бронзы. По схеме ТТ элементы щита крепятся на стенку ящика.

Заземлители, изготовленные самостоятельно, забивают в землю кувалдой, а заводские элементы с помощью отбойного молотка. В обоих вариантах целесообразно использовать стремянку. Прокат из черного металла сваривается ручной сваркой.

Земляные работы

Заземлители располагают от фундамента на расстоянии 1 метра. Размечается контур заземления в виде треугольника, окружности или линии. Расстояние между штырями должно быть не менее 1,2 м. Рекомендуется сделать треугольник с 3-метровой стороной, и длиной штырей 3 метра.

Затем копают траншею глубиной 0,8 м. Ее ширина должна быть удобной для сварки проводников. Чаще всего делают траншею шириной 0,7 м.

Подготовка электрода (штыря)

Электрод заостряется с помощью болгарки. Если металлопрокат, бывший в употреблении, то необходимо его очистить от старого покрытия. На штырь заводского исполнения навинчивается острая головка, место соединения смазывается специальной пастой.

Заглубление электродов

Электроды забивают в землю с помощью кувалды. Начинать удары лучше, находясь на стремянке или подмостьях. При мягком металле удары наносят через деревянные бруски. Штыри забиваются не до конца, над поверхностью дна оставляют 10-20 см для выполнения соединения с контуром.

Заводские электроды забивают отбойным молотком. После заглубления штыря, на него навинчивают муфту и другой заземлитель. Далее процесс повторяют до достижения необходимой глубины.

Соединение электродов

Штыри обычно соединяют полосой 40 х 4 мм. Для проката из черного металла используют сварочное соединение, так как болты быстро подвергнутся коррозии, что увеличит сопротивление контура. Сваривать необходимо качественным швом.

Заземление от готового контура проводится полосой к дому, загибается и крепится на фундаменте. На краю полосы приваривают болт для крепления провода от щита.

На последний электрод монтируется крепежный хомут и закрепляется провод. Зажим герметизируют специальной лентой.

Засыпка траншеи

Для засыпания траншеи целесообразно использовать плотную однородную почву.

Устройство заземления, приобретенное в магазине, с одним штырем, может иметь в комплекте пластмассовый колодец для ревизии.

Проведение в щит

Распределительный щит фиксируется на стене здания, кроме мест с высокой влажностью. Сквозь стены провод проводят с применением трубных гильз. В щитке провод заземления соединяется с заземляющей шиной, установленной на корпусе щита, болтовым соединением.

Сопротивление заземления проверяют мультиметром. Если оно оказывается больше 4 Ом, то нужно увеличить число электродов. На разъем шины заземления также подключаются провода заземления в желтой изоляции, которые приходят в щит от потребителей. При присоединении светильников, розеток, различных устройств желтые провода заземления также подключают к своим клеммам. Например, в розетках такая клемма с винтом расположена в центре.

Измерение сопротивления заземления

Заземление – это уравнивание потенциалов цепи заземления с потенциалом земли, путем объединения с землей. При заземлении объединяется проводом корпус микроволновой печи или корпус электрического щитка с землей. Заземление необходимо для защиты человека от удара электрическим током из-за неисправной стиральной машины или неисправной микроволновой печи, когда человек коснется их корпуса. Заземление нужно если рядом электричество и вода, например неисправный электрический бойлер без заземления может ударить током через кран. Заземление может спасти вам жизнь. Если у вас в розетке в ванной есть заземления и установлено УЗО, то при попадании воды на удлинитель ток не убьет вас, всего лишь выключится свет.

Сопротивления заземления — это сопротивление между цепью заземления и землей. Данная величина измеряется в Ом и должна стремиться к нулю. Идеальное значение возможно только теоретически, поскольку любой проводник создает определенное сопротивление.

Измерение сопротивления заземления дает возможность узнать технические состояние, контура заземления и позволяет определить уровень безопасность электрической сети. Измерять сопротивление заземление нужно после ввода здания или объекта. Далее проверка заземления проводится на основании п. 2.7.9. ПТЭЭП согласно плану проверок на объект. Измерять сопротивление заземления необходимо не менее одного раза в 12 лет. Осмотр заземляющего контура должен проводиться не менее двух раз в год.

Измерение сопротивление металлосвязи, защитных проводников заземления проводится согласно ГОСТ Р 50571.16 по двухпроводному и четырех проводному методу. При измерении по двухпроводному методу не учитывается сопротивление самих проводов и переходных сопротивлений крокодилов. В измерителе сопротивления заземления ИС-20 имеется возможность исключить влияния сопротивления измерительных проводов, при измерении двухпроводным способом.

Как измерять сопротивление заземления/ Рассмотрим процесс измерения сопротивления заземления с помощью прибора ИС-20. Измерение проводится согласно ГОСТ Р 50571.16-2007 Электроустановки низковольтные Часть 6 Испытания. Измерение сопротивление заземлителя с помощью штырей по четырех проводному методу

Необходимо отключить заземлитель от шины заземления.
К заземлителю подсоединить измерительные провода к разъемам Т1 и П1. Измерительный провод Т1 компенсирует сопротивление измерительного кабеля П1.
Потенциальный штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 20 м от заземлителя и соединить с разъемом П2.
Ттоковый штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 40 м от заземлителя и соединить с разъемом Т2.
Штырь втыкать в землю на максимальную глубину не менее 0,5 м. Если напряжение помехи превышает 24 В, необходимо сменить местоположение штырей.
Начать измерение, нажав кнопку Rx.

Измерение сопротивление заземлителя с помощью штырей по трехпроводному методу

Необходимо отключить заземлитель от шины заземления.
К заземлителю подсоединить измерительный провод к разъему П1.
Потенциальный штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 20 м от заземлителя и соединить с разъемом П2.
Ттоковый штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 40 м от заземлителя и соединить с разъемом Т2.
Штырь втыкать в землю на максимальную глубину не менее 0,5 м. Если напряжение помехи превышает 24 В, необходимо сменить местоположение штырей.
Начать измерение, нажав кнопку Rx.

Измерение сопротивления заземлителя с применением измерительных клещей по четырехпроводному методу

С измерительными клещами нет необходимости отключать заземлитель от шины заземления. Прибор компенсирует протекающий по шине ток с помощью измерительных клещей.
Заземлитель обхватить клещами и подключить к разъему «клещи».
К заземлителю выше измерительных клещей подсоединить измерительные провода к разъемам Т1 и П1. Измерительный провод Т1 компенсирует сопротивление измерительного кабеля П1.
Потенциальный штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 20 м от заземлителя и соединить с раземом П2.
Токовый штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 40 м от заземлителя и соединить с разъемом Т2.
Штырь втыкать в землю на максимальную глубину не менее 0,5 м. Если напряжение помехи превышает 24 В, необходимо сменить местоположение штырей.
Начать измерение, нажав кнопку Rx.

Измерение сопротивления заземлителя с применением измерительных клещей по трехпроводному методу

С измерительными клещами нет необходимости отключать заземлитель от шины заземления. Прибор компенсирует протекающий по шине ток с помощью измерительных клещей.
Заземлитель обхватить клещами и подключить к разъему «клещи».
К заземлителю подсоединить измерительный провод к разъему П1.
Потенциальный штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 20 м от заземлителя и соединить с раземом П2.
Токовый штырь необходимо воткнуть в землю на расстоянии не менее 40 м от заземлителя и соединить с разъемом Т2.
Штырь втыкать в землю на максимальную глубину не менее 0,5 м. Если напряжение помехи превышает 24 В, необходимо сменить местоположение штырей.
Начать измерение, нажав кнопку Rx.

Измерение сопротивления заземления с измерительными клещами и передающими клещами

С измерительными клещами нет необходимости отключать заземлитель от шины заземления. Прибор компенсирует протекающий по шине ток с помощью измерительных клещей.
Заземлитель обхватить измерительными клещами и подключить к разъему П1.
Клещами передающими обхватить шину заземления не менее чем через 30 см от измерительных клещей. Передающие клещи позволяют проводить измерение сопротивления заземления без штырей, где уложен асфальт. Если схема заземления многоэлементная, показания будут завышенные, т.к. измерение включают все элементы заземления.
Переключить прибор в режим измерения двумя клещами, убедиться величина тока в шине заземления не более 2 А.
Начать измерение, нажав кнопку Rx.

Измерение удельного сопротивления грунта

Удельное сопротивление грунта определяется по методике Вернера. Согласно этой методике штыри втыкают на одинаковом расстоянии d по прямой линии. Расстояние между штырями d должно быть более 5 раз больше глубины штырей. Удельное сопротивление грунта измеряется в Ом*м. Штыри 4 штуки соединить с прибором измерительными проводами к разъемам Т1, П1, П2, Т2.

Нормы сопротивления заземления электроустановок регламентируются ПЭЭП. Правила эксплуатации электроустановок потребителей для приборов напряжением питания до 1000 В таблица 42. Для приборов с напряжением питания 220 В и 380 В с заземленной нейтралью сопротивление заземления на вводе должно быть не более 30 Ом. При удельном сопротивлении грунта более 100 Ом*м сопротивление заземления вычисляется по формуле 0,3 от удельного сопротивления грунта. Для грунта с удельным сопротивлением 300 Ом*м допустимое сопротивление заземления до 90 Ом.

Измерение сопротивления заземления рекомендуется проводить в летнее время года с сухим грунтом и в зимнее время года когда грунт промерз, в этом случае удельное сопротивление грунта максимально. При изменении температуры грунта с 0 до -5 градусов, удельное сопротивление грунта возрастает в 8 раз. При влажном грунте удельное сопротивление уменьшается в разы, что положительно влияет на сопротивление заземления. Сопротивление заземления не должно превышать нормативов в любую погоду.

Обеспечение заземления на землю

Неужели бесчисленные правила заземления иногда кажутся слишком сложными? Проблемы с реализацией заземления иногда оставляют вас в недоумении и замешательстве, а правильное решение кажется немного выше вашей головы? Если так, не чувствуй себя одиноким.

Несмотря на обширную литературу по заземлению, некоторые из его важных концепций, похоже, отсутствуют в устных традициях и регулярной практике электротехнической промышленности, а некоторые заблуждения относительно заземления, похоже, прочно укоренились на их месте.Следовательно, многие конструкции и установки не так надежны или безопасны, как могли бы быть.

Но вы можете избежать путаницы, если поймете концепции, лежащие в основе правил. Обладая более глубоким пониманием, вы можете быть уверены в том, что ваша система заземления будет работать так, как вы предполагали.

Вернуться к основам. Первое, что нужно понять, это то, что ток замыкания на землю, как и все электричество, стремится вернуться к своему источнику питания. Этот принцип — то, что в первую очередь заставляет электрические цепи работать.Что является источником тока замыкания на землю? Он исходит не из земли, а из сетевого трансформатора.

Закон Кирхгофа гласит, что ток будет течь обратно пропорционально импедансу представленных ему путей. Таким образом, относительные импедансы различных путей определяют, как ток короткого замыкания возвращается к своему источнику.

Полное сопротивление пути между заземляющим электродом и источником почти всегда значительно выше, чем полное сопротивление пути через заземляющий / заземленный провод.

Если вы не уверены в этом на своем предприятии, измерьте импеданс медного провода от электрода до источника и сравните его с импедансом через землю.

Эта разница в импедансе означает, что через заземляющий электрод протекает лишь незначительный ток короткого замыкания. Повреждение обычно распространяется по заземлению оборудования (проводники и системы металлических кабельных каналов) через соединение нейтраль-земля и обратно к источнику через заземленный (нейтральный) провод.Срабатывание устройства защиты от сверхтока вызывает высокий ток короткого замыкания в цепи с низким сопротивлением, а не пренебрежимо малая величина тока, протекающего через грязь через заземляющий стержень ( Рис. 1 ).

В таком случае какова функция заземляющего электрода? Вы не поверите, но их несколько, в том числе следующие:

Ограничение напряжения от молнии, скачков напряжения или случайного контакта с линиями высокого напряжения.
Стабилизация напряжения относительно земли во время нормальной работы, помогающая поддерживать напряжение в предсказуемых пределах.
Помощь коммунальному предприятию в устранении его собственных неисправностей, по сути, становясь частью многоточечной системы заземления коммунального предприятия.
Обеспечивает путь к земле для рассеивания статического электричества.

Расстояние между стержнями заземления. Предположим, вы вбиваете первый стержень заземления для системы. Если сопротивление заземления составляет 25 Ом или более, 250,56 NEC 2005 года требует, чтобы вы управляли вторым стержнем. Но многие подрядчики не утруждают себя измерением сопротивления заземления.Они просто планируют управлять двумя стержнями, потому что это будет соответствовать требованиям 250,56, независимо от фактического сопротивления заземления. Таким образом, двухстержневые установки распространены, но обязательно ли они правильны?

Кодекс требует, чтобы вы располагали стержни на расстоянии не менее 6 футов [250,53 (B)]. Однако этот интервал минимален и далек от идеала. При использовании обычных 8-футовых или 10-футовых заземляющих стержней вы получите наилучшие результаты, если расположите стержни на расстоянии не менее 16 или 20 футов соответственно. Это намного больше, чем минимальный 6-футовый интервал, установленный Кодексом.

Заземляющие стержни, расположенные на расстоянии менее двух длин стержней друг от друга, будут мешать друг другу, потому что их эффективные площади сопротивления будут перекрываться ( Рис. 2a, выше). Для справки см. IEEE-142 и книгу Soares по заземлению. Перекрытие увеличивает общее сопротивление каждого стержня, делая систему заземляющих электродов менее эффективной, чем если бы стержни были разнесены дальше друг от друга (, рис. 2b, выше).

Перемычка основного соединения. Основная перемычка заземления — это перемычка между нейтралью и шинами заземления оборудования в пределах обслуживания.Это жизненно важное соединение позволяет току замыкания на землю возвращаться к источнику. Без основной перемычки соединение должно проходить через землю с высоким сопротивлением, а не через медь с низким сопротивлением. Этот путь с высоким импедансом, скорее всего, ограничит ток и предотвратит отключение автоматических выключателей — или, по крайней мере, предотвратит их отключение достаточно быстро, чтобы избежать повреждения оборудования.

Выберите размер основной перемычки в соответствии с Таблицей 250.66. Многие люди предполагают, что в этой таблице указан максимальный размер основной перемычки 3/0 AWG, но это еще одно распространенное заблуждение.Соединительная перемычка должна составлять не менее 12,5% эквивалентной площади фазных проводов [250,28 (D)]. Если вы используете 11 комплектов проводов по 500 тыс. Куб. М (например, при токе 4 000 А), длина основной перемычки должна быть не менее 700 тыс. Куб. М, а не 3/0 AWG.

Эта проблема не так важна для перемычек для вторичных производных систем, таких как трансформаторы и генераторы, поскольку токи короткого замыкания в таких системах обычно намного ниже.

Расчет заземляющих проводов оборудования. Разработчики обычно используют Таблицу 250.122 при выборе размеров заземляющих проводов оборудования. В большинстве случаев размер будет достаточным, особенно для небольших ответвлений. Но когда доступный ток короткого замыкания велик — скажем, 100000 А — и когда автоматический выключатель установлен на задержку срабатывания на несколько циклов, вы должны более тщательно рассчитать заземляющие проводники.

Металлические кабельные каналы, которые обычно пропускают больший ток, чем заземляющие провода оборудования, могут быть установлены неправильно или со временем могут разрушиться.Следовательно, заземляющий провод оборудования может быть единственным доступным путем заземления. Заземляющие проводники с недостаточным сечением могут расплавиться во время короткого замыкания, прежде чем они послужат своей цели — обеспечить непрерывный путь тока с низким сопротивлением обратно к источнику во время короткого замыкания.

Важно понимать, что проводники имеют допустимые характеристики. Ассоциация инженеров по изолированному кабелю предоставляет стандарт под названием Характеристики короткого замыкания изолированного кабеля , номер P 32-382 (1994).В этом стандарте говорится, что в течение 5-секундного периода номинальная прочность проводника составляет 1 А на 42,25 круглого мил.

Например, провод 3/0 AWG может безопасно выдерживать ток 3972 А в течение 5 секунд. Таким образом, рейтинг I ² T, 5-секундная выдержка составляет 78 883 920 A. Теперь предположим, что автоматический выключатель настроен на размыкание за 30 циклов — задержку, которую вы можете увидеть во время обслуживания. Вы можете быстро определить, что максимальный ток, который может выдерживать 3/0 AWG в течение 30 циклов (0,5 с), составляет:

I ² T = 78,883,920

I = √ (78,883,920 ÷ T)

I = √ (78,883,920 ÷ 0.5)

I = 12,560 А

Но если доступный ток короткого замыкания составляет 65 000 A или 100 000 A на стороне нагрузки заземляющего проводника, заземляющий провод будет быстро разрушен в случае неисправности, если для размыкания выключателя потребуется 30 циклов. Вы должны помнить о доступном токе короткого замыкания и учитывать время отключения автоматических выключателей, особенно главного выключателя и выключателя фидера в главном распределительном щите. Выполните расчеты I ² T, как описано выше, особенно при высоком доступном токе короткого замыкания.Вы можете видеть, что правильно определить размеры заземляющих проводов оборудования не так просто, как применить минимумы NEC.

Токи системы заземления. Ток присутствует в системе заземления при нормальных рабочих условиях, а не только при неисправности. Это, вероятно, объясняет, почему Кодекс разрешает устанавливать датчики замыкания на землю на 1,200 А для предотвращения ложных срабатываний [230,95 (A)].

Помимо замыканий на землю, в системе заземления могут возникать некоторые факторы, в том числе следующие:

Наведенные токи от соседних токоведущих проводов.
Наведенные токи двигателей (особенно однофазных).
Емкостная связь между фазным и нулевым проводами и заземляющими проводами. Известно, что это явление вызывает неприятное отключение GFCI в длинных цепях.
Электростатический разряд оборудования.

Контуры заземления. Вы можете формировать контуры заземления за счет взаимодействия силового заземления и низковольтных кабелей. Низковольтные кабели часто содержат сигнальный заземляющий проводник, который может по существу связывать внутренние сигнальные заземления между различными частями электронного оборудования.Если также существует внутренняя связь между заземлением источника питания и заземлением сигнала внутри электронного оборудования, ток может протекать через этот контур. Хотя экранированные низковольтные кабели обычно заземляются только на одном конце, чтобы предотвратить образование контуров заземления, отдельный сигнальный заземляющий провод внутри экрана все же может создавать связь.

В качестве примера того, где это обычно происходит, представьте компьютерную сеть и экраны на таких устройствах, как принтеры, маршрутизаторы и рабочие станции. Если вы соединяете вместе разные части оборудования, вы соединяете устройства, у которых есть потенциал между соответствующими контактами заземления ( рис.3 ). Если у вас есть полная цепь через сигнальные провода, у вас есть контур заземления. Из-за этого потенциала будут протекать заземляющие токи, которые будут создавать электрические помехи, которые могут помешать работе системы. Электромагнитные поля, проходящие через этот контур, также могут вызывать протекание тока.

Чтобы свести к минимуму это явление, необходимо ограничить потенциал между этими различными точками заземления. TIA / EIA J-STD-607-A рекомендует максимальный потенциал 1 В между точками заземления.Интересно, что он также рекомендует один большой контур заземления для заземления многоэтажных зданий ( Рис. 4 ). В компьютерных сетях ограничение потенциала между точками заземления явно имеет приоритет над проблемами циркуляции контуров заземляющих токов. Однако аудиовизуальное оборудование гораздо более чувствительно.

В любом здании есть сотни, если не тысячи низковольтных кабелей, и каждый может образовывать свой собственный контур заземления в сочетании с системой заземления питания. К сожалению, в стандартном здании нет практического способа гарантировать равномерное заземление повсюду.

Лучшее, что вы можете сделать, — это правильно заземлить основные части оборудования. Это означает установку заземляющих шин во всех телекоммуникационных и аудио / видео комнатах, а также обеспечение того, чтобы каждая часть оборудования в этих комнатах была привязана к этим заземляющим шинам. Это обеспечивает достаточно ровную поверхность заземления в комнате — по крайней мере, в нижнем частотном диапазоне.

Обычно прописываемое лекарство от такого рода проблем с заземлением — обеспечение эквипотенциальных заземляющих поверхностей в широком диапазоне частот.Методы включают использование сеток грунта внутри плит и опорных сеток сигналов под фальшполами. Учитывая стоимость таких мер, эти методы обычно используются для наиболее чувствительных средств связи, а не для типичных коммерческих или институциональных объектов. Однако эквипотенциальная заземляющая плоскость — это всего лишь одна ступенька. Это не панацея для контуров заземления, потому что токи всегда могут быть вызваны электромагнитными полями, проходящими через проводники.

Не обращайте внимания на огромное количество мелочей, связанных с заземлением.Знание нескольких основных концепций заземления должно помочь вам во всем разобраться. Хорошее заземление является ключом к успеху в эксплуатации любого объекта, поэтому чем более продуманы ваши проекты, тем надежнее будет установка и тем меньше будет обнаруживаться проблем с качеством электроэнергии.

Яноф, П.Е., является младшим и старшим менеджером проекта в Sparling, консультационной фирме по электротехнике и технологиям с офисами в Сиэтле и Портленде .

Сопротивление заземления и расстояние между стержнями заземления

Время чтения: 3 минуты

Как мы уже знаем, Канадский электротехнический кодекс требует минимального расстояния 3 м между заземляющими стержнями, образующими заземляющий электрод электрической системы.Почему? В этой статье обсуждаются причины этого требования к коду.

Как всем известно, Правило 10-700 (2) определяет, что стержневой заземляющий электрод (за некоторыми исключениями) должен состоять как минимум из двух заземляющих стержней, установленных на расстоянии не менее 3 м друг от друга. А для подстанций высокого напряжения Правило 36-302 (1) также требует, чтобы каждая подстанция была заземлена как минимум четырьмя заземляющими стержнями длиной не менее 3 м, расположенными на расстоянии не менее одного стержня друг от друга. Почему важно расстояние между заземляющими стержнями? В чем была бы проблема, если бы заземляющие стержни были расположены ближе друг к другу?

Наша история начинается с сопротивления заземления каждого заземляющего электрода, которое состоит из трех компонентов:

сопротивление металлических стержней заземления, заземляющих проводов и соединений;
контактное сопротивление между заземляющим электродом и землей; и
сопротивление земли.

Как оказалось, первые два относительно невелики и обычно могут считаться незначительными при рассмотрении общего сопротивления заземления. Сопротивление заземления можно рассматривать в основном как сопротивление земли.

Чтобы помочь нам понять идею сопротивления заземления, предположим, что земля вокруг одного заземляющего стержня состоит из серии концентрических, равноотстоящих оболочек. Ближайшие оболочки обладают наибольшим сопротивлением току, поскольку они имеют наименьшие площади поперечного сечения и объемы.Оболочки, расположенные дальше от заземляющего стержня, больше и поэтому имеют меньшее сопротивление. Следовательно, когда ток земли течет от стержня заземления через землю, закон Ома говорит нам, что оболочки, ближайшие к стержню, будут иметь более высокий рост напряжения, чем оболочки, расположенные дальше от стержня.

Испытания показали, что земля в пределах первых нескольких сантиметров заземляющего стержня будет иметь самое высокое сопротивление и самый высокий рост напряжения во время замыкания на землю. Поскольку сопротивление земли около каждого заземляющего стержня будет очень высоким, добавление второго заземляющего стержня не сильно снизит общее сопротивление заземления, если только стержень не будет расположен на некотором расстоянии от первого.Приведение стержней близко друг к другу приведет к высокому взаимному сопротивлению, и ток, протекающий от каждого из них, повысит потенциал земли другого.

По указанным выше причинам стержни должны быть расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы избежать воздействия оболочек с более высоким сопротивлением, чтобы повышение напряжения вокруг каждой не влияло на другую. Для дальнейших доказательств нам не нужно далеко ходить. Измерение сопротивлений заземления на различных расстояниях от заземляющего электрода показало, что примерно следующие проценты от общего сопротивления заземления будут возникать на следующих расстояниях от стержня:

25% от общей суммы в.03 м.
52% от общего количества на высоте 0,15 м
94% от общего количества на высоте 3,0 м
100% от общей площади 7,6 м

Это говорит нам о том, что заземляющие стержни должны быть разнесены на 7,6 м друг от друга для достижения наилучшего эффекта заземления. Очевидно, что правило 3 м, предусмотренное Канадскими электротехническими нормами, является компромиссом, хорошим, но не идеальным.

Другие доступные данные также подтверждают эти выводы. Вопрос — если нам известно сопротивление заземления одного заземляющего стержня (скажем, 25 Ом), и мы хотим уменьшить сопротивление, добавив второй стержень, разнесенный в соответствии с CEC, уменьшит ли это сопротивление заземления до 50%? Вообще-то, нет.Это только уменьшит общее сопротивление заземления до 25/2 x 1,16 = 14,5 Ом. Результат добавления двух стержней будет 25/3 x 1,29 = 10,75 Ом. Доступны коэффициенты умножения для нескольких стержней.

Как и в случае с предыдущими статьями, вы всегда должны консультироваться с органом по надзору за электрооборудованием в каждой провинции или территории для более точной интерпретации любого из вышеперечисленных.

Страница не найдена | MIT

Перейти к содержанию ↓

Образование
Исследовательская работа
Инновации
Прием + помощь
Студенческая жизнь
Новости
Выпускников
О Массачусетском технологическом институте
Подробнее ↓
- Прием + помощь
- Студенческая жизнь
- Новости
- Выпускников
- О Массачусетском технологическом институте

Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали!
Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что вы ищете? Увидеть больше результатов

Предложения или отзывы?

Введение в заземление для обеспечения электромагнитной совместимости

Правильное заземление — важный аспект проектирования электронной системы как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения электромагнитной совместимости.Земля играет решающую роль в определении того, что происходит в случае непреднамеренных неисправностей, электрических переходных процессов или электромагнитных помех. Правильные стратегии заземления также позволяют инженерам более эффективно контролировать нежелательные излучаемые излучения.

С другой стороны, неправильное заземление может подорвать безопасность и электромагнитную совместимость продукта или системы. За последние несколько десятилетий плохое заземление стало основной причиной сбоев системы, связанных с электромагнитной совместимостью.

Разработка хорошей стратегии заземления — довольно простой процесс. Итак, можно задаться вопросом, почему так много систем неправильно заземлены. Ответ прост: инженеры часто путают понятие заземления с другим важным понятием — текущей отдачей. Тот факт, что возвратные токопроводы в цифровой электронике часто обозначаются как заземление или GND, может сбивать с толку. Когда токопроводящие обратные токопроводы рассматриваются как заземляющие (или когда заземляющие проводники используются для обратных токов), результатом часто становится конструкция со значительными проблемами ЭМС.

Определение земли

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

4.152 — заземление. (1) Прикрепление корпуса оборудования, рамы или шасси к объекту или конструкции транспортного средства для обеспечения общего потенциала.(2) Подключение электрической цепи или оборудования к земле или к некоторому проводящему телу относительно большой протяженности, который служит вместо земли.

Было хорошо известно, что заземление является опорным потенциалом, а заземляющие проводники обычно не токоведущие.

Рисунок 1. Розетка на 110 В в США

В США заземленные 110-вольтовые розетки имеют три клеммы, как показано на Рисунке 1. Горячая клемма имеет номинальный потенциал 110 В среднеквадратического значения и обеспечивает ток питания.Клемма нейтрали имеет номинальный потенциал 0 В среднеквадр. И действует как возврат силового тока. Клемма заземления также имеет номинальный потенциал 0 Vrms, но не пропускает ток при нормальных условиях. Клеммы нейтрали и заземления подключены к проводам, идущим обратно к одной и той же точке в электрической сервисной коробке (точке, которая электрически соединена с землей вне здания).

Поскольку нейтральный и заземляющий провода идут в одно и то же место, они электрически взаимозаменяемы.Фактически, если бы они были электрически закорочены в розетке с однопроводным подключением обратно к сервисной коробке, было бы трудно обнаружить какую-либо разницу. Так зачем же 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 тому, чтобы он был надежным опорным потенциалом.

Возможно, наиболее важным моментом, который следует учитывать при заземлении в целях безопасности и ЭМС, является то, что заземление не является током возврата.Земля и ток — это очень важные концепции, но это не одно и то же. Земля НЕ ЯВЛЯЕТСЯ путем возврата токов к их источнику. Земля — это, по сути, эталон нулевого напряжения для цепей и систем продукта. Концепция заземления играет решающую роль при проектировании с точки зрения безопасности и электромагнитной совместимости.

Важность заземления для безопасности

Важной частью разработки безопасных электрических продуктов и систем является знание того, где и когда небезопасные напряжения могут появляться на различных проводящих поверхностях.С точки зрения безопасности, заземление является опорным нулевым напряжением, а напряжение на каждом другом проводе — это разница между его напряжением и землей. Для зданий ориентиром на землю 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 подключаются к заземлению или привязаны к нему.

Строительная площадка — это обычно металлические прутья, вбитые в землю возле входа в электроснабжение.Эти стержни подключены к коробке выключателя, от которой заземление распределяется на все электрические розетки через нетоковедущие провода. Они также соединяются с любым металлом, который распространяется по всему зданию, например с водопроводными трубами или строительной сталью.

Приборы или электрические изделия со значительной открытой металлической поверхностью обычно требуются для заземления металла на провод заземления, чтобы гарантировать, что он не может достичь опасного потенциала по сравнению с любым другим заземленным металлом в здании.Если происходит неисправность, которая вызывает короткое замыкание между силовым проводом и оголенным металлом, заземление коробки выключателя обеспечивает протекание большого количества тока. Это заставляет выключатель размыкаться и обесточивает прибор.

Рис. 2. Схема, иллюстрирующая базовую работу GFCI.

Важно отметить, что этот метод обеспечения безопасности продуктов основан на хорошем соединении заземления розетки с блоком выключателя.В старых розетках может отсутствовать клемма заземления, и даже в новых розетках с неправильным подключением 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 гарантировать, что соединение питания не может закоротить на оголенный металл, за счет исключения оголенного металла и / или обеспечения срабатывания автоматического выключателя в случае короткого замыкания.

Также растет количество электротехнической продукции со встроенными устройствами прерывания цепи замыкания на землю (GFCI).GFCI работают, обнаруживая дисбаланс тока между проводами подачи и возврата питания. При первом признаке того, что дисбаланс тока превышает безопасный порог, GFCI отключает питание.

Заземление безопасности может быть 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 средствах управления заземление цепи часто требуется изолировать от заземления шасси по соображениям безопасности.Это представляет собой уникальную конструктивную проблему для инженеров EMC, которые обычно хотят видеть все большие металлические объекты, хорошо соединенные на высоких частотах.

Важность заземления для электромагнитной совместимости

Проблемы ЭМС часто возникают из-за того, что два больших металлических объекта находятся под разным потенциалом. Потенциальная разница всего в несколько сотен микровольт между любыми двумя резонансными проводниками может привести к превышению допустимого уровня излучаемого излучения. Точно так же напряжения, индуцированные между двумя плохо соединенными проводниками, могут привести к проблемам с помехоустойчивостью.

Заземление — это в основном искусство определения опорного источника нулевого напряжения и соединения металлических предметов или цепей с этим опорным сигналом посредством низкоомного нетоковедущего соединения. Правильная стратегия заземления ЭМС гарантирует, что большие металлические конструкции не могут двигаться относительно друг друга, что приведет к непреднамеренным излучениям или проблемам с помехоустойчивостью. Склеивание металлических предметов для поддержания на них одинакового потенциала и привязка всех внешних соединений к одному и тому же нулевому заземлению — это ключевой шаг к обеспечению электромагнитной совместимости большинства продуктов.

Наземные сооружения

Практически все электронные устройства и системы имеют наземную структуру. В зданиях это заземляющие провода, водопровод и металлоконструкции. В автомобилях и самолетах это металлический каркас или шасси. В большинстве компьютеров это металлическая опорная конструкция и / или корпус.

Конструкция заземления служит местной опорной точкой нулевого напряжения. Нельзя допускать, чтобы что-либо крупное и металлическое приобретало потенциал, значительно отличающийся от потенциала земли.Обычно это достигается путем прикрепления всех крупных металлических объектов к заземляющей конструкции на интересующих частотах. Это также может быть достигнуто путем достаточной изоляции больших металлических предметов и обеспечения отсутствия возможных источников, которые могут вызвать развитие потенциала между ними.

Рисунок 3. Спутник с двумя солнечными батареями.

Например, рассмотрим спутник, показанный на рисунке 3. Его наземная структура представляет собой металлический корпус, в котором находится большая часть электроники.Чтобы передать значительную электромагнитную мощность на спутник или из него, необходимо установить напряжение между наземной структурой и чем-то еще значительного электрического размера. На частотах ниже нескольких сотен мегагерц единственными проводниками значительного электрического размера (кроме конструкции заземления) являются две группы солнечных панелей и, возможно, любые провода, соединяющие эти массивы с цепями внутри спутника.

Прикрепление массивов солнечных панелей к корпусу в точках, где они находятся в непосредственной близости, гарантирует, что между большими проводниками не возникнет значительного напряжения, которое может служить непреднамеренно передающими или принимающими антеннами для шума.Соединительные провода также необходимо прикрепить к заземляющей конструкции. Обычно это достигается с помощью шунтирующих конденсаторов, чтобы установить связь на частотах шума, в то же время позволяя токам мощности и сигнала течь без ослабления.

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

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

Три важных момента в отношении наземных сооружений:

Конструкция заземления должна быть хорошим проводником на интересующих частотах, но не должна быть электрически малогабаритной. Иногда вы можете услышать, как кто-то утверждает, что земли не существует на высоких частотах, потому что земля является эквипотенциальной поверхностью, а потенциал в двух точках на расстоянии четверти длины волны на поверхности неодинаков. Этот аргумент необоснован, потому что наземные конструкции 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 если земля определенно не является электрически малой при 50 или 60 Гц. Неважно, что потенциал Земли в Лос-Анджелесе не такой, как в Нью-Йорке. Наземные конструкции служат в качестве местных источников нулевого напряжения. Они не должны быть электрически маленькими.
Конструкция заземления не должна закрывать электронику.Наземная конструкция не является защитным ограждением. Это просто что-то большое и металлическое, которое служит локальным источником нулевого напряжения для всего остального, большого и металлического.
Конструкция заземления не может пропускать преднамеренные токи (по крайней мере, с интересующими амплитудами и частотами). Токи, протекающие по проводнику или внутри него, заставляют магнитный поток наматывать проводник. Магнитный поток, охватывающий проводник, индуцирует на нем напряжение. На высоких частотах это напряжение потенциально может приводить в движение одну часть конструкции заземления относительно другой части.

Наземные конструкции могут проводить токи с частотами и амплитудами, которые не влияют на их эффективность как наземные конструкции. Например, в большинстве автомобилей рама используется в качестве пути обратного тока для огней и некритичных датчиков, работающих на очень низких частотах. Это не ухудшает способность рамы служить заземляющей структурой на более высоких частотах.

Важно отметить, что, хотя конструкция заземления не может пропускать преднамеренные токи, ожидается, что она будет пропускать токи короткого замыкания и токи индуцированного шума.Фактически, правильное использование конструкции заземления зависит от ее способности переносить непреднамеренные токи с достаточно низким импедансом, чтобы контролировать непреднамеренные напряжения.

Заземляющие провода

Заземляющие проводники — это соединения (например, винты, болты, прокладки, провода или металлические ленты), которые прикрепляют большие металлические предметы к заземляющей конструкции. Как и заземляющие конструкции, заземляющие проводники не пропускают преднамеренные токи. Их функция — поддерживать напряжение между двумя металлическими конструкциями ниже критического значения.

Заземляющие проводники должны иметь достаточно низкий импеданс (т. Е. Сопротивление плюс индуктивное реактивное сопротивление), чтобы их полное сопротивление, умноженное на максимальный ток, который они могли бы нести, было ниже минимального напряжения, которое может привести к проблеме ЭМС. Например, предположим, что экран экранированной витой пары проводов подключен к заземляющей конструкции через 1-сантиметровый контактный разъем, как показано на рисунке 4. Витая пара проводов передает псевдодифференциальный сигнал 100 Мбит / с с синфазным шумом. ток 0.3 мА при 100 МГц. Напряжение, управляющее экраном кабеля относительно платы, приблизительно 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, управляющее экраном 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.

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

Гальваническая коррозия

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

Потенциал гальванической коррозии — это мера того, насколько быстро разнородные металлы будут корродировать при контакте.Коррозия зависит от наличия электролита, например воды; а скорость коррозии зависит от многих факторов, включая свойства электролита.

Рисунок 5. Анодные индексы для обычных металлов.

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

Земля против обратного тока

Как указано в начале этой главы, заземление и возврат тока — это две очень разные функции. К сожалению, в реальных изделиях многие токопроводы имеют маркировку «заземление». Это создает большую путаницу, поскольку правила, относящиеся к земле, применяются к текущим доходам и наоборот.

Например, схематическая часть платы на рисунке 6 имеет четыре разных заземления. Один компонент работает с сигналами или мощностью, которые относятся к трем из этих заземлений. Маловероятно, что разработчик этой схемы хотел четыре разных источника нулевого напряжения. Фактически, четыре заземления соединены перемычками, что указывает на то, что разработчик намеревался иметь одну опорную цепь нулевого напряжения.

Рисунок 6. Частичная схема с четырьмя заземлениями.

Схема платы, показанная на Рисунке 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 в случае необходимости из соображений безопасности. Так почему же эти «земли» изолированы?

Рисунок 7. Один слой разводки платы с двумя заземлениями.

В двух приведенных выше примерах причина того, что «наземные» сети были изолированы, заключается в том, что они на самом деле не были заземлением. Они были обратными проводниками для силовых или сигнальных токов.Разработчикам не нужны были изолированные источники нулевого напряжения. Они изолируют обратные токопроводы, пытаясь избежать связи по общему сопротивлению.

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 со звуковыми цепями, если они используют одни и те же возвратные проводники. . Например, рассмотрим простую доску, показанную на рисунке 8a.Он состоит из двух цифровых компонентов: цифро-аналогового (ЦАП) преобразователя и усилителя для усиления аналогового сигнала перед его отправкой с платы через разъем. Несимметричный цифровой сигнал между двумя цифровыми компонентами использует землю в качестве обратного пути. На частотах килогерц и ниже возвратный по плоскости ток распространяется с распределением, примерно представленным зелеными линиями на рисунке 8b. Низкочастотный ток, возвращающийся от усилителя к цифро-аналоговому преобразователю, следует по пути, примерно представленному синими линиями на рисунке 8b.

Рис. 8. Простая плата смешанного сигнала слева (a) и примерное распределение обратного тока на заземляющем слое (b).

В текущем распределении явно много совпадений. Это приводит к общему сопротивлению, поскольку токи в одной цепи имеют общее сопротивление заземляющей поверхности с токами в другой цепи. Если бы общее сопротивление заземляющей поверхности было порядка 1 мОм, а цифровые токи были порядка 100 мА, то индуцированное напряжение в аналоговых цепях было бы порядка 100 мкВ.

Пятьдесят лет назад инженеры, проектирующие аудиосхемы, заметили, что напряжения, наведенные в аудиосхемах из-за связи общего импеданса с цифровыми схемами, часто были неприемлемыми. В акустическом сигнале люди слышали цифровой шум.

Очевидным решением было изолировать обратные токи цифрового сигнала от обратных токов аналогового сигнала. Платы с более чем двумя слоями не были распространены в то время, поэтому популярным подходом было разделение текущей возвратной плоскости.Пример этого показан на рисунке 9.

Рис. 9. Плата смешанного сигнала с зазором в плоскости обратного тока слева (а) и приблизительным распределением обратного тока на плоскости заземления (b).

Поскольку токи низкой частоты не могут проходить через зазор, токи перенаправляются по обе стороны от зазора. Это снижает плотность цифрового обратного тока в области плоскости, используемой в основном для аналоговых токов, и значительно снижает связь по общему импедансу.

На относительно простых двухслойных платах 1960-х и 1970-х годов зазор между аналоговыми и цифровыми схемами часто был эффективным способом устранения недопустимых перекрестных помех из-за связи общего импеданса. К сожалению, это сработало настолько хорошо, что люди в конце концов пришли к мысли, что между цифровыми и аналоговыми цепями всегда должен быть промежуток между заземляющими плоскостями. Так родилось правило дизайна, и дизайнеры досок любят правила дизайна. Пятьдесят лет спустя многие дизайнеры плат по-прежнему придерживаются этого правила дизайна, хотя оно больше не имеет смысла.Фактически, лучшее правило проектирования современных плат — никогда не допускать зазоров между аналоговыми и цифровыми схемами заземления.

Чтобы проиллюстрировать, почему это так, рассмотрим компоновку платы на рисунке 10. Она имеет те же компоненты, что и в предыдущем примере, и, как и в предыдущем примере, имеет зазор между аналоговой и цифровой схемами. Однако в этом случае зазор окружает аналоговую схему с трех сторон.

Рис. 10. Ужасно смешанная компоновка сигнальной платы слева (а) и гораздо лучшая альтернативная компоновка справа (b).

График обратных токов, как это было сделано в предыдущем примере, проиллюстрирует отличную развязку между цифровым и аналоговым обратным токами. Но предыдущие графики обратного тока не учитывали все токи в плоскости. Обратите внимание, что есть четыре цифровых дорожки, соединяющих цифро-аналоговый преобразователь с одним из цифровых компонентов. Для этих сигналов также требуются обратные токи. Эти токи должны поступать от контакта заземления ЦАП на контакт заземления цифрового компонента.Раньше этот путь был коротким и несущественным, но теперь зазор заставляет эти токи делить ту же область плоскости, что и аналоговые токи. Вместо того, чтобы улучшить ситуацию, этот пробел потенциально усугубляет ситуацию.

Правильное определение зазора между аналоговой и цифровой цепями имеет решающее значение. Пятьдесят лет назад часто было трудно определить правильное место для разрыва. В современных платах с высокой плотностью зазоры между плоскостями, как правило, нереально и совершенно ненужно для решения несуществующей проблемы.

Существует по крайней мере три причины, по которым в современных конструкциях плат нет необходимости в зазоре в заземляющем слое:

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 дорожками сигнала. Поскольку они не распространяются по плоскости, зазоры между плоскостями не улучшают изоляцию между цепями.
Даже на частотах кГц и ниже сопротивление заземляющих поверхностей печатной платы составляет менее 1 мОм / квадрат . Это означает, что «шумные» схемы, сбрасывающие ток в амперах на заземляющую пластину, способны вызывать только милливольты (наихудший случай) напряжения в других схемах, находящихся в той же плоскости. Существует относительно немного ситуаций, когда такой уровень шумовой связи может стать проблемой.
В тех ситуациях, когда миллиом соединения недопустим, гораздо лучше изолировать возврат на другом слое .Например, лучшим решением проблемы сцепления в нашем предыдущем примере было отсутствие зазора между плоскостью. На рисунке 10b показано, как возврат аналогового тока с помощью дорожки на верхнем слое полностью позволяет избежать общей проблемы связи импеданса. В платах с большим количеством аналоговых и цифровых возвратов, которые должны быть изолированы на низких частотах, обычно необходимо соединять их на высоких частотах, чтобы предотвратить проблемы с излучением. Маршрутизация изолированных возвратных сигналов на соседних слоях значительно упрощает установление между ними хорошего высокочастотного соединения.

Обратите внимание, что аналоговая трасса возврата тока на рис. 10b подключена к плоскости цифрового возврата тока с помощью одного переходного отверстия, расположенного рядом с выводом заземления ЦАП. Переходное отверстие не несет аналоговых или цифровых обратных токов. Его единственная функция — гарантировать, что аналоговая и цифровая схемы имеют одинаковое опорное напряжение нулевого напряжения. Другими словами, переходное отверстие является заземляющим проводником, тогда как плоскость и дорожка являются токопроводящими проводниками.

Одноточечное и многоточечное заземление

Предположим, что аналоговая трасса возврата тока на рисунке 10b имеет два сквозных соединения с цифровой плоскостью возврата тока, как показано на рисунке 11.Теперь аналоговый обратный ток имеет два возможных пути. Он может вернуться по следу или может вернуться в самолете. Ток будет разделен в соответствии с сопротивлением каждого пути, позволяя значительному количеству аналогового тока возвращаться в плоскость. Аналогичным образом, некоторый цифровой ток будет течь по аналоговой обратной линии тока. Изоляция разрушается, и снова вводится связь по общему сопротивлению.

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

Вообще говоря, два пути возврата тока не изолированы на низких частотах, если они соединены более чем в одной точке. Сквозное соединение на рисунке 10b является примером одноточечного заземления. Одноточечное заземление — важная концепция в ЭМС, хотя ее часто неправильно понимают проектировщики, не проводившие должного различия между проводниками с возвратным током и заземляющими проводниками.

Рисунок 12. Одноточечное заземление.

На рисунке 12 показана концепция одноточечного заземления.Изолированные цепи или системы связаны с одной точкой через нетоковедущие заземляющие проводники. На рисунке 13 показана другая реализация, в которой заземляющие проводники подключаются более чем в одной точке, но все они по-прежнему привязаны 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 водопроводными соединениями или изделиями, внешние металлические поверхности которых находятся в электрическом контакте.Подключение заземляющих проводов более чем в одной точке не снижает эффективности схемы заземления.

Рис. 13. Еще одна реализация с одноточечным заземлением.

Хотя одноточечное заземление является важной концепцией для обеспечения того, чтобы изолированные цепи имели одинаковое опорное напряжение нулевого напряжения, 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 намеченный синий провод или проходить по дополнительному соединению в правую цепь и обратно в среднюю цепь через «одноточечную» землю.

Рисунок 14. Это НЕ одноточечное заземление.

Путь на рисунке 14 от одноточечного соединения к средней цепи к правой цепи и обратно к одноточечному соединению иногда называют контуром заземления.Контуры заземления часто считаются несовместимыми с одноточечным заземлением и часто упоминаются как источник связи общего сопротивления; но это неверно. На рисунке 13 показан контур заземления, и он по-прежнему является хорошей реализацией одноточечного заземления. Контур заземления на Рисунке 14 включает в себя сегмент, который вообще не заземлен. Синий провод в средней цепи может называться «землей» на схеме платы, но это проводник обратного тока.

Как правило, с контурами заземления все в порядке, если все проводники в контуре действительно являются проводниками заземления.Если один или несколько проводников в петле представляют собой низкочастотный обратный проводник, то все проводники в петле будут нести часть этого обратного тока. Это может облегчить связь по общему сопротивлению.

На рисунке 15 показан еще один пример неправильного применения концепции единой точки заземления. Этот пример взят из инструкции производителя по применению, в которой покупателям предлагается, как расположить драйвер трехфазного двигателя. Идея заключалась в том, чтобы гарантировать, что все три фазы имеют такое же опорное напряжение нулевого напряжения, что и двигатель.Реализация призвала вернуть все токи переключения и ток двигателя в одну и ту же точку.

Рисунок 15. Одноточечный ток-возврат (плохая идея).

Конечно, это не одноточечное заземление. Это одноточечный текущий возврат. Хотя все проводники помечены как заземление на схеме и на плате, они не являются заземлением. Это токопроводы с обратным током.

Отправка всех коммутируемых токов в одну точку схемы в основном гарантирует, что индуктивность соединения будет выше, чем в противном случае.Это обеспечивает высокий общий импеданс, а также взаимную индуктивность между фазами. Это также гарантирует, что ни одна из фаз или двигателя не будет иметь одинакового опорного нулевого напряжения.

По сути, важно помнить, что одноточечное заземление является важной стратегией для обеспечения того, чтобы изолированные цепи и устройства имели одинаковое опорное напряжение нулевого напряжения. С другой стороны, одноточечные возвратные токи часто являются основной причиной серьезных проблем электромагнитного взаимодействия.

Рисунок 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 конструкции, описанная ранее.

Обычно системы, использующие структуру заземления, подключают цепи и модули, которые не изолированы от конструкции заземления 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 течь по заземляющей конструкции. На этих частотах структуру правильнее было бы описать как структуру с обратным током. При разработке стратегии заземления важно понимать, что проводящая конструкция может выполнять функцию заземления на одних частотах и функцию возврата тока на других.

Например, в автомобиле средняя и правая цепи на рисунке 17 могут представлять модуль управления тормозами и датчик скорости вращения колеса соответственно. Каждый из них заземлен на раму автомобиля, чтобы соответствовать требованиям по излучению и эмиссии на высоких частотах, но ни один модуль не позволяет токам высокой частоты возвращаться на раму. Таким образом, на высоких частотах рама представляет собой многоточечную наземную структуру.

На более низких частотах критически важная связь будет осуществляться с использованием дифференциальных сигналов, чтобы токи сигнала не попадали в кадр (и токи кадра не попадали в сигналы).Тем не менее, основания власти не обязательно будут изолированы. Силовые токи, поступающие в модули по 12-вольтовым проводам питания, возвращаются к батарее по всем доступным путям. Таким образом, на низких частотах (например, постоянный ток — кГц) рама не является наземной структурой, это структура с током возврата. Силовой ток, протекающий по корпусу из-за одного модуля, может вызвать сотню милливольт на заземляющих соединениях других модулей, но большинство модулей не будут подвержены влиянию сотен милливольт на очень низких частотах.

Предположим, что схема слева на рисунке 17 представляет распределение мощности на стартер для двигателя внутреннего сгорания. Эта схема может потреблять сотни ампер тока при запуске двигателя. Если позволить этим токам вернуться на раму транспортного средства, это может привести к недопустимому уровню шума в модулях, использующих раму в качестве обратного проводника силового тока. В этом случае можно было бы принять решение изолировать возврат от стартера и подключить его к раме в одной точке.

Стратегии заземления

Возможно, наиболее важным моментом, который следует отметить в отношении стратегий заземления, будь то для электромагнитной совместимости или безопасности, является то, что разрабатываемый продукт должен иметь его. Проблемы обычно возникают, когда с заземляющим проводом обращаются как с токоотводящим проводником или с токоотводящими проводниками как с заземляющими проводниками.

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

Правильные стратегии заземления сосредоточены на выявлении и защите опорного нулевого напряжения для каждой цепи и системы.

Один из способов отследить, выполняют ли проводники в первую очередь функцию заземления или функцию возврата тока, — это соответствующим образом пометить их. 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, основная функция которой — возврат цифровых токов. к их источнику.Половина успеха при разработке хорошей стратегии заземления — это правильное признание и сохранение целостности истинных оснований.

Еще одним важным аспектом любой стратегии заземления является определение конструкции грунта. На уровне системы наземная конструкция всегда представляет собой металлический корпус или каркас, если таковой имеется. На уровне платы, если плата подключается к раме, то заземление платы должно быть там, где это соединение происходит. Если рамы нет или нет близости к раме, заземление платы обычно должно быть определено на одном из контактов разъема (часто вход питания 0 В).

Вообще говоря, все крупные металлические предметы (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 значительного нежелательного сцепления. Медицинские изделия и многие высоковольтные системы требуют строгой изоляции между корпусом или шасси и любыми токоведущими цепями. К сожалению, для близлежащих высокочастотных цепей относительно легко навести в этих структурах ток в микроамперах, которого достаточно, чтобы вызвать проблемы с излучением.Предотвращение этого без привязки к корпусу обычно требует ограничения полосы пропускания схемы, экранирования схемы и / или увеличения расстояния между схемой и корпусом.

Список литературы

[1] Американский национальный стандартный словарь технологий электромагнитной совместимости (EMC), электромагнитного импульса (EMP) и электростатического разряда (ESD), ANSI C63.14-1992.

Вилка и розетка типа A и B

ТИПЫ A и B

В США, Канаде, Японии и Центральной Америке используются два типа бытовых розеток: незаземленные типа A (NEMA 1-15) и заземленные типа B (NEMA 5-15).(Полный список стран, в которых используются типы A и B, можно найти здесь.)

ТИП A

Эта незаземленная вилка класса II с двумя плоскими параллельными контактами является стандартной в большинстве стран Северной и Центральной Америки. Он известен как NEMA 1-15 и был изобретен в 1904 году Харви Хаббеллом II. Вилка имеет два плоских лезвия толщиной 1,5 мм, длиной от 15,9 до 18,3 мм, расположенных на расстоянии 12,7 мм друг от друга. Вилки типа A обычно поляризованы и могут быть вставлены только в одну сторону, потому что два лезвия не имеют одинаковой ширины.Лезвие, соединенное с нейтралью, имеет ширину 7,9 мм, а горячее лезвие — 6,3 мм. Эта вилка рассчитана на 15 А. С 1965 года незаземленные розетки типа А больше не разрешены в новых постройках в Соединенных Штатах и Канаде, но их все еще можно встретить в старых зданиях. Заглушки

типа A и B имеют два плоских штыря с (часто, но не всегда) отверстием возле наконечника. Этих дыр нет без причины. Если бы вы разобрали розетку типа A или B и посмотрели на контактные дворники, в которые вставляются штыри, вы бы обнаружили, что в некоторых случаях на них есть неровности.Эти выступы входят в отверстия, чтобы розетка могла более плотно захватить штыри вилки. Это предотвращает выскальзывание вилки из розетки из-за веса вилки и шнура. Это также улучшает контакт между вилкой и розеткой. Однако некоторые розетки не имеют этих выступов, а имеют только два подпружиненных лезвия, которые захватывают стороны штифта вилки, и в этом случае отверстия не нужны.

Есть также специальные розетки, которые позволяют зафиксировать шнур в розетке, продев стержни через отверстия.Таким образом нельзя отключить торговые автоматы и тому подобное. Кроме того, электрические устройства могут быть запломбированы на заводе-изготовителе с помощью пластиковой стяжки или небольшого навесного замка через одно или оба отверстия для вилки. Например, производитель может продеть пластиковую ленту через отверстие и прикрепить ее к бирке, на которой написано: «Вы должны выполнить X или Y перед тем, как подключить это устройство». Пользователь не может подключить устройство, не удалив тег, поэтому пользователь обязательно его увидит.

Заземление электрического забора — Расширение MSU

Правильное заземление чрезвычайно важно при установке электрического забора, блок питания ограждения настолько же эффективен, как и система заземления, которая устанавливается вместе с ним.

Система электрического ограждения, которая не заземлена должным образом, не будет работать с максимальным потенциалом и не может адекватно сдерживать домашний скот или не отпугивать хищников. Расширение штата Мичиган рекомендует учитывать три основных фактора при определении того, как правильно заземлить систему электрических ограждений:

Выходная мощность блока питания
Электропроводность почвы
Вид контролируемого домашнего скота или хищников

Блок питания должен быть правильно заземлен, чтобы полностью реализовать свой потенциал.Чем больше мощность зарядного устройства, тем больше потребуется заземляющих стержней. Общее правило заключается в установке стержня заземления не менее 3 футов на каждый джоуль выходной мощности. Зарядное устройство для забора на 15 джоулей потребует минимум 45 футов заземляющего стержня. Эти стержни должны быть установлены на расстоянии не менее 10 футов друг от друга. Чем ниже и влажнее земля, тем лучше будут их рабочие характеристики. Большинство заземляющих стержней изготавливаются из оцинкованной стали или меди, и важно, чтобы тип провода, используемого для подключения блока питания к заземляющему стержню, был идентичен стержню.Это поможет свести к минимуму снижение производительности от электролиза.

Песчаные или каменистые почвы не обладают такой проводимостью, как суглинистые почвы, поэтому системы, устанавливаемые на этих типах почв, могут нуждаться в системе заземления с заземлением. Система заземления — это система, в которой чередующиеся провода в заборе используются в качестве заземляющих. Заряженные провода в системе необходимо подключить обратно к выходному разъему на блоке питания, а незаряженные провода заземления необходимо либо подключить обратно к клемме заземления на зарядном устройстве, либо подключить к заземляющим стержням в линиях ограждения.Опыт исследовательского центра Лейк-Сити Университета штата Мичиган показал, что заземляющие стержни, которые находятся в более песчаных почвах, лучше размещать под крышами зданий, чтобы получить максимально возможное количество влаги.

«Глубина удилища также имеет большое значение в засушливые годы, у нас есть некоторые удилища, с которыми у нас возникли проблемы, которые находятся в земле на высоте 10 футов или более», — говорит менеджер исследовательского центра Дуг Кармайкл.

Овцы или козы, как правило, лучше контролируются системами с заземлением, тогда как, как и всем другим домашним скотом, обычно можно контролировать без использования системы заземления.Это верно при условии, что почва не песчаная, каменистая или очень сухая, как упоминалось выше.

Для получения дополнительной информации по этой теме свяжитесь со мной по адресу: [email protected] или 989-426-7741.

Вы нашли эту статью полезной?

Расскажите, пожалуйста, почему
Представлять на рассмотрение
Сопротивление заземления — обзор
18.6.6 Электропитание и распределительное устройство
Основные характеристики, характеризующие систему электропитания, включают следующее:
•
Номинальное напряжение и соответствующие уровни изоляции
•
Ток короткого замыкания
•
Номинальный нормальный ток единиц оборудования
•
Система заземления
Национальные стандарты любой страны обычно рационализируются, чтобы включать один или два только уровни напряжения, тока, уровни неисправности и т. д.
Автоматический выключатель (или предохранитель в ограниченном диапазоне напряжений) — это единственная форма распределительного устройства, способная безопасно отключать все виды токов короткого замыкания, возникающих в энергосистеме.
Замыкания на землю в системах среднего напряжения могут создавать опасные уровни напряжения в установках низкого напряжения. Потребители низкого напряжения (и обслуживающий персонал подстанции) могут быть защищены от этой опасности следующим образом:
•
Ограничение величины токов замыкания на землю среднего напряжения
•
Уменьшение сопротивления заземления подстанции до минимально возможного значения
•
Создание эквипотенциальных условий на подстанции и в установке потребителя
Централизованное удаленное управление, основанное на системах SCADA (диспетчерский контроль и сбор данных) и последних разработках в области информационных технологий, становится все более и более популярным. распространено в странах, в которых сложность взаимосвязанных систем оправдывает расходы.
Защита от поражения электрическим током и перенапряжения тесно связана с достижением эффективного (с низким сопротивлением) заземления и эффективного применения принципов эквипотенциальной среды. После предварительного анализа требований к питанию установки проводится исследование кабельной разводки и ее электрической защиты, начиная с источника установки, через промежуточные ступени и кончая конечными цепями.
Кабели и их защита на каждом уровне должны удовлетворять нескольким условиям одновременно, чтобы обеспечить безопасную и надежную установку, например.g., он должен:
•
выдерживать постоянный ток полной нагрузки и нормальные кратковременные сверхтоки
•
Не вызывать падения напряжения, которые могут привести к ухудшению рабочих характеристик определенных нагрузок, например , чрезмерно длительный период разгона при запуске двигателя и т. д.
Кроме того, защитные устройства (автоматические выключатели или предохранители) должны:
•
Защищать кабели и шины от всех уровней перегрузки по току, вплоть до и включая токи короткого замыкания
•
Обеспечьте защиту людей от опасностей косвенного контакта, где длина цепей может ограничивать величину токов короткого замыкания, тем самым задерживая автоматическое отключение.
Роль распределительного устройства — электрическая защита, безопасная изоляция от токоведущих частей, а также местное или дистанционное переключение.
Электрическая защита обеспечивает (1) защиту элементов схемы от термических и механических нагрузок токов короткого замыкания, (2) защиту людей в случае нарушения изоляции и (3) защиту поставляемых приборов и аппаратуры (например, двигатели и др.).
Состояние изоляции, четко обозначенное утвержденным индикатором «отказоустойчивости», или видимое разделение контактов считаются соответствующими национальным стандартам многих стран.

Каким должно быть расстояние между заземляющими электродами?

Расстояние между штырями заземления

Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?

c # — Как я могу увидеть расстояние между двумя контактами в формах xamarin и получить расстояние в виде строки?

точек — Как управлять расстоянием между узлами в graphviz?

r — Как эффективно рассчитать расстояние между точками GPS в одном наборе данных и точками GPS в другом наборе данных с использованием таблицы данных

python 3.x — расстояние между узлами и центроидом в кластере kmeans?

Контур заземления — его конструкция и выбор заземлителя

Какое расстояние должно быть между штырями заземления

Заземление почему треугольник

Почему заземление треугольником устарело?

Зарождение традиционного заземления

Так ли хорош метод заземления треугольником?

Преимущества глубинного заземления

Каким должно быть расстояние между заземляющими электродами?

Расчет защитного заземления

Устройство заземления. Виды и особенности. Правила и монтаж

Для чего нужно устройство заземления

Устройство заземления приобретенное в торговой сети, имеет свои преимущества:

Наименьшие сечения проката выбираются:

Сечение провода заземления в здании не должно быть меньше сечения провода фазы. К этим проводникам имеются требования по диаметру жил:

Похожие темы:

Измерение сопротивления заземления

Обеспечение заземления на землю

Сопротивление заземления и расстояние между стержнями заземления

Страница не найдена | MIT

Введение в заземление для обеспечения электромагнитной совместимости

Определение земли

Важность заземления для безопасности

Важность заземления для электромагнитной совместимости

Наземные сооружения

Заземляющие провода

Гальваническая коррозия

Земля против обратного тока

Одноточечное и многоточечное заземление

Стратегии заземления

Список литературы

Вилка и розетка типа A и B

ТИПЫ A и B

ТИП A

Заземление электрического забора — Расширение MSU

Добавить комментарий Отменить ответ