Разница между заземлением и заземлением

Понимание различий между соединением, заземлением и заземлением

Важность соединения и заземления в коммерческих, промышленных и общественных зданиях невозможно переоценить. Цепи заземления машин должны иметь эффективный обратный путь от машин к источнику питания, чтобы функционировать должным образом. Кроме того, металлические компоненты объекта, не являющиеся токоведущими, такие как шкафы для оборудования, ограждения и конструкционная сталь, должны быть электрически соединены, чтобы между ними не могло существовать потенциала напряжения. Преимуществ для владельца здания много: максимальная защита оборудования, устранение потенциальной опасности поражения электрическим током, увеличение времени безотказной работы и снижение затрат за счет отказа от дорогостоящего обслуживания оборудования. Однако могут возникнуть проблемы, когда такие термины, как «соединение», «заземление» и «заземление» взаимозаменяемы или перепутаны в определенных ситуациях.

Заземление — это крепление связанной металлической системы к земле, как правило, с помощью заземляющих стержней или других подходящих заземляющих электродов. NEC запрещает заземление через изолированные заземляющие стержни как единственный способ заземления оборудования. Тем не менее, некоторые производители чувствительного оборудования на самом деле поощряют эту практику в своих руководствах по установке, чтобы уменьшить количество обращений в службу поддержки, связанных с ошибками и перезагрузкой машины, по принципу «не обнаружено проблем».

Иллюстрация

Понимание различий между соединением/заземлением и заземлением лучше всего проиллюстрировано на примере. Производитель литых компонентов заменял неисправные печатные платы на станке с числовым программным управлением (ЧПУ). После грозы система самодиагностики машины время от времени регистрировала проблему с компонентом. Машина не запускалась, задерживая дневной производственный цикл. Специалисты завода по электронике определили и заменили неисправные печатные платы, а затем вернули станок с ЧПУ в эксплуатацию. Однако каждое происшествие обходилось в тысячи долларов в виде ремонта и производственных потерь.

Призванный устранить проблему, персонал организации инженерных служб крупного производителя электрораспределительного оборудования заметил, что, хотя завод заземлил станок с ЧПУ в соответствии с руководством по установке производителя, заземление явно нарушало NEC. Это кажущееся противоречие демонстрирует тревожный факт: некоторые методы заземления, предназначенные для уменьшения ошибок данных в чувствительных машинах, могут на самом деле нарушать правила и стандарты заземления, вызывая повреждение оборудования и создавая угрозы безопасности. Также важно отметить, что противоречащие друг другу требования можно преодолеть, но ни в коем случае не ставя под угрозу безопасность сотрудников.

Ключевые понятия и термины

Понимание разницы между соединением/заземлением и заземлением требует неявного понимания нескольких важных концепций и терминов, в том числе изложенных ниже.

Защитное заземление и эксплуатация машины

Проблема, с которой столкнулась установка в примере, не является редкостью. Производители чувствительных машин обнаружили, что изолированные заземляющие стержни могут уменьшить количество неприятных проблем, таких как перезагрузка, ошибки данных и периодические отключения. Это снижение связано с уменьшением количества переходных процессов напряжения или «шума» на заземляющем стержне по сравнению с обычной системой заземления здания. Из-за уменьшения ошибок данных, связанных с заземляющим стержнем, некоторые производители включают изолированные заземляющие стержни в свои инструкции по установке. Некоторые даже подразумевают, что гарантия на машину не будет соблюдаться, если заземляющий стержень не установлен.

larry.ray@us.schneider-electric.com. Уотерер является научным сотрудником инженерной службы Schneider Electric Square D Engineering Services, Норкросс, Джорджия. С ним можно связаться по адресу frank.waterer@us.schneider-electric.com.

Боковая панель: Знание — сила

Инженер-электрик или подрядчик, который разбирается в различных элементах надлежащего заземления, соединения и заземления, лучше всего может консультировать клиентов по соответствующим практикам в этой области. Четкое понимание требований NEC также может помочь вам завоевать репутацию человека, к которому можно обращаться по любым вопросам, связанным с соединением/заземлением. Такой опыт может также привести к будущему бизнесу.

Разница между заземлением и заземлением

Заземление (заземление) в электрической сети или в энергосистеме включает в себя комплекс мероприятий и средств, которые предпринимаются в целях обеспечения условий для нормальной работы системы, безопасной эксплуатации и передвижения людей и животных вблизи объектов, на которые может под напряжением в нормальных или опасных условиях. Этот комплекс мероприятий также должен обеспечивать защиту людей и оборудования от токов и напряжений, возникающих при атмосферных разрядах.

Хотя эти термины иногда используются как взаимозаменяемые, они представляют разные аспекты защиты.

Что такое заземление?

К защитному заземлению относятся мероприятия по защите металлических частей, не принадлежащих к цепям, а также не находящихся в прямом электрическом контакте с ними, но в случае неисправности которых может возникнуть напряжение.

Заземление снижает это напряжение и предотвращает возникновение условий, опасных для оборудования, а также для жизни людей, работающих с этим оборудованием или на которых может повлиять неисправность или перемещение поблизости.

По материалу, из которого они изготовлены, различают следующие виды грозозащитных тросов:

трубочки или стержни (палочки);
полосы или провода;
тарелки;
армирование в бетоне;
металлические трубы водопровода;
другие заглубленные конструкции.

По способу размещения заземлителей заземлители бывают:

горизонтальный (поверхностный);
вертикальный (глубинный);
угловой.

В зависимости от среды, в которой устанавливаются заземляющие стержни, они бывают следующих типов:

в земле;
в основании объекта.

Заземление чаще всего выполняется из оцинкованного чугуна, меди, гофрированного железа или железа с медным покрытием, а в некоторых случаях могут использоваться и другие материалы.

Что такое заземление?

Заземление включает в себя меры по защите части цепи, которая обеспечивает желаемую функцию или рабочие характеристики этой цепи.

Заземление может быть выполнено прямо или косвенно. Непосредственное заземление осуществляется прямым подключением системы заземления. Косвенное заземление выполняется путем привязки к системе заземления через полное сопротивление (активное сопротивление, индуктивность, емкость или их комбинации).

Молниезащитное заземление установки молниезащиты, служащее для отвода токов при атмосферных разрядах. Молния должна ограничивать напряжение, на которое приходит громоотвод, во избежание повторных перенапряжений в электрических цепях и металлических предметах.

Заземление выполняется по тем же принципам, что и заземление. И заземление, и заземлитель могут быть соединены между собой железной оцинкованной полосой. Защитная молниезащитная установка состоит из следующих основных частей:

Воздушные терминалы
Токоотводы
Заземляющие электроды

В большинстве случаев молниеприемники состоят из полос оцинкованного железа. Полоса размещается так, чтобы образовалась сеть электрических проводов, при этом самые высокие участки объекта были покрыты. Также при наличии металлических деталей в соответствующем месте их можно использовать в качестве молниеприемников, которые, если они имеют достаточные размеры (имеют подходящие электропроводность и тепловые характеристики).

Токоотводы в большинстве случаев представляют собой полосы из оцинкованной стали, и при соблюдении предписанных условий токопроводы могут быть заменены металлическими частями, расположенными на здании. В них разрядный ток подается на землю через систему заземления. Система заземления состоит из электропроводящих частей, находящихся в непосредственном контакте с землей.

В последние годы широкое распространение получило заземление фундамента (оцинкованная полоса в фундаменте здания, электрически соединенная с арматурой).

Разница между заземлением и заземлением

Определение заземления и заземления

Заземление характеризуется тем, что точка растения, принадлежащая цепи, соединена с землей, так что сама цепь гальванически связана с землей.

Заземление же характеризуется тем, что земля подключается к точке растения, не принадлежащей к цепи и не может вступить в гальваническую связь с цепью, но такого соединения нельзя избежать в случае неисправности изоляции.

Молниезащита служит для отвода тока молнии, т. е. токов, вызванных атмосферным демпфированием, путем соединения молниеотводов с молниеотводами. Осветительная установка может быть отдельной или соединенной с защитным заземлением (заземлением).

Назначение заземления и заземления

Заземление используется для безопасности персонала, работающего с электрическим устройством, тогда как заземление используется для защиты энергосистемы.

Основы защиты от замыканий на землю и заземления

Защита от замыканий на землю служит одной цели, а заземление — другой. Вы знаете, как они защищают или не защищают людей от шока?

Что такое защита от замыканий на землю? Ответ зависит от того, говорите ли вы о защите от замыканий на землю оборудования или о защите людей от замыканий на землю. Наличие защиты от замыканий на землю не означает, что люди защищены. Чтобы избежать путаницы между защитой персонала и защитой оборудования, всегда уточняйте, что вы имеете в виду.

Если вы представляете себе иерархию мер защиты, защита оборудования от замыканий на землю находится ниже защиты, обеспечиваемой выключателями и предохранителями; он устраняет замыкания на землю только небольшой величины. Это достигается с помощью реле замыкания на землю, которое сложно правильно настроить и обслуживать. NEC описывает защиту оборудования от замыканий на землю в гл. 215.10, гл. 230.95, сек. 240.13 и гл. 517.17. Это не наша цель здесь.

Определение GFCI

Что касается безопасности персонала, то под «защитой от замыканий на землю» люди часто подразумевают прерыватель цепи замыкания на землю (GFCI). В отличие от защиты оборудования от замыканий на землю, она не защищает оборудование. В отличие от автоматических выключателей или предохранителей, он не защищает проводники. Но он защищает людей (до определенного момента).

К устройствам, обеспечивающим защиту от замыканий на землю, относятся выключатели, розетки и переносные шнуры, устанавливаемые на панели. GFCI также являются неотъемлемой частью некоторого оборудования для использования нагрузки.

Вместо того, чтобы быть окончательным решением, GFCI дополняет другие меры безопасности, такие как использование инструментов с двойной изоляцией и правильное использование/прокладка переносных шнуров. Не прокладывайте переносные шнуры через лужу или так, чтобы они подвергались механическим повреждениям.

И, как совершенно ясно дает понять NFPA 70E, каждый план или программа безопасности требует осознания и самодисциплины со стороны работника [Разд. 110.5(Д)]. Не поддавайтесь самоуспокоенности только потому, что у вас (очевидно) есть защита GFCI.

Как он защищает?

Как работает GFCI? Когда трансформатор тока в неповрежденном УЗО обнаружит достаточную разницу в потенциале тока между нейтралью и горячим (от 4 мА до 6 мА), УЗО разорвет цепь. Обратите внимание, что он измеряет потенциал между нейтралью и горячим, а не между землей и горячим. Вот почему вы можете использовать его в ответвленной цепи без заземляющего провода. При замене старой розетки в 2-проводной системе вы должны использовать GFCI и наклеить наклейку, указывающую на отсутствие заземления в этой цепи.

Что делать, если GFCI поврежден? Типичное устройство GFCI обеспечивает питание, даже если оно больше не обеспечивает защиту GFCI. Переходные процессы в сети, например, вызванные молнией, могут повредить GFCI. Лучшей практикой для розеток GFCI является периодическое использование теста с помощью кнопки, в зависимости от того, как часто вы используете эту розетку. Тестирование после того, как шторм прошел, также является хорошей практикой. Прежде чем делать это с автоматическим выключателем ответвления, снимите (отключите) нагрузки, чтобы не размыкать выключатель под нагрузкой.

Для инструментов и других предметов со встроенной защитой GFCI проверяйте GFCI до и после каждого использования. Протестировать его раньше кажется легкой задачей — таким образом вы защитите себя от удара во время его использования. Но зачем проверять его после использования? Это дает вам время заменить элемент, прежде чем он вам снова понадобится. В противном случае, когда он вам снова понадобится, а GFCI не сработает, вы уверены, что прекратите работу, чтобы получить замену? Избавьтесь от необходимости делать этот выбор.

Где это требуется

Из-за всех проверок и замен, которые необходимо выполнять с розетками GFCI, переносными шнурами, инструментами и другим оборудованием, многие строительные компании вместо этого используют программу гарантированного заземления (связывания) проводника оборудования. Если у вас есть эта программа, OSHA не требует защиты GFCI.

В отсутствие этой программы вы должны иметь GFCI для:

Работа на открытом воздухе.
Портативные шнуры.
Временная проводка.
Работайте рядом с любым водоемом, таким как фонтан, спа или бассейн.

Установка розетки GFCI

Каждая розетка GFCI поставляется с инструкциями, но суть в вас:

Определите сторону предложения. При включенном питании и отсоединенных проводах используйте тестер напряжения, чтобы определить горячий провод. Нейтраль питания находится в той же оболочке кабеля или в кабелепроводе.
Подсоедините проводку стороны питания к клеммам LINE.
Если вы хотите обеспечить защиту GFCI после этой розетки, подключите провода другого кабеля к клеммам НАГРУЗКИ.

При установке в многопроводной цепи убедитесь, что это не однополюсный блок (он не будет работать в этой цепи).
Как только вы определите проводку со стороны LINE, отметьте ее как таковую. Если этикетки LINE и LOAD не поставляются с розеткой, используйте устройство для изготовления этикеток или даже фазирующую ленту.
Перед подключением терминалов НАГРУЗКИ проверьте GFCI, чтобы убедиться, что он работает. Если это не так, вам придется вдвое меньше устранять неполадки. Самая распространенная ошибка — перепутать нейтраль и горячее.
Не подключайте заземляющий провод к нейтрали где-либо в цепи (также проверьте панель).
Косички — отличная идея для обычных розеток. При них устройство также не выполняет функции обеспечения непрерывности нейтрали. Вы можете удалить устройство и не влиять на нейтраль ниже по потоку, но они препятствуют функционированию чувствительной части устройства GFCI.

Визуально проверьте, в чем может быть причина, и при необходимости устраните ее.
Проверьте еще раз перед использованием.

Заземление для предотвращения удара

Заземление на стороне подачи услуги или отдельно взятого источника помогает защитить систему от молнии и тока короткого замыкания. Но это не защищает никого от поражения электрическим током от потенциала прикосновения между металлическими частями.

Поскольку «земля» означает соединение с землей [см. ст. 100], заземление со стороны нагрузки бесполезно для предотвращения удара током. Вы можете доказать это, нарисовав цепь и применив закон Кирхгофа о параллельных цепях. Ваше тело будет потреблять достаточно тока, чтобы убить вас.

Связывание дает совсем другой результат. Соединение помещает металлические объекты в один и тот же потенциал, поэтому ток не может течь между ними. Соединение с землей и близко не подходит к этому.

Почему это так? Соединение осуществляется с помощью металлических проводников, которые (как и проводники цепи) имеют чрезвычайно низкое сопротивление. Для всех практических целей между соединенными объектами нет протекания тока, потому что разница напряжений между ними незначительна. На практике соединительная перемычка имеет нулевое сопротивление. Это не относится к участку почвы, используемому в качестве связующей перемычки; на самом деле сопротивление земли может быть в миллиард раз больше сопротивления медного проводника.

Но разве электричество не идет по пути наименьшего сопротивления? Итак, разве этот заземляющий стержень не защитит вас, будучи предпочтительным путем прохождения электричества? Нет обоим. Закон Кирхгофа показывает нам, что ток течет пропорционально между различными путями до него, основываясь на обратной зависимости от сопротивления каждого пути. Если бы электричество пошло по пути наименьшего сопротивления, не было бы параллельных цепей и, следовательно, не было бы электронных устройств или даже электрической инфраструктуры. Сложность здесь заключается в том, чтобы понять, как делится электричество, если путь, параллельный вам, представляет собой землю, а не медный проводник.

Собираем все вместе

Целью защиты персонала от замыканий на землю является прерывание цепи, когда трансформатор тока GFCI обнаруживает (обычно) разницу в потенциале тока от 4 мА до 6 мА. Всегда проверяйте GFCI, прежде чем полагаться на него. Всегда практикуйте осознанность и самодисциплину.

Заземление не может защитить персонал от потенциала прикосновения и не создает эквипотенциала. Склеивание, с другой стороны, хорошо служит обеим целям. Утилизационное оборудование и расположенные рядом металлические предметы должны быть соединены между собой и заземляющим (заземляющим) проводником оборудования. Склеивание в сочетании с правильной установкой и использованием устройств GFCI значительно снижает вероятность смертельного удара.

С момента появления коммерциализированной электроэнергии «земля» часто использовалась вместо «связи». Возникающая путаница снижает безопасность. Во избежание путаницы запомните ст. 100 определений. Для «земли» это определение состоит всего из двух слов: «земля». Мы выкапываем из земли медную руду и очищаем ее, чтобы сделать соединительные проводники; мы не используем землю как связующий проводник.

Ламендола — консультант по электротехнике из Мерриама, штат Канзас. С ним можно связаться по телефону mark@mindconnection.com.