Заземление — это специально созданное электрическое соединение между оборудованием (машинами, аппаратами, установками) и землёй. Его основная цель — обеспечить безопасность людей, предотвратив поражение электрическим током, а также защитить само оборудование от повреждений. Случайный контакт токоведущих частей с землёй, в отличие от организованного заземления, называется замыканием на землю и является аварийной ситуацией.
Основные виды заземления и их особенности
Заземление применяется в разных технических сферах, и его конструкция и задачи могут существенно отличаться.
1. Заземление в проводной связи
В этой области заземление служит для электрического соединения с землёй аппаратуры телемеханики, сигнализации и связи. Конструктивно оно состоит из заглублённых в грунт металлических электродов и соединяющих их с оборудованием проводников.
По функциональному назначению различают несколько типов:
- Рабочие заземлители: формируют электрическую цепь, где одним из проводников является сама земля.
- Защитные заземлители: предназначены исключительно для защиты персонала от опасного напряжения.
- Экранные заземлители: соединяют с землёй экраны кабелей и аппаратуры, что улучшает качество передачи сигнала и подавляет помехи.
- Измерительные заземлители: выступают в роли вспомогательных элементов при измерениях сопротивления.
Чтобы избежать взаимного влияния, разные заземлители размещают на определённом расстоянии друг от друга. Важной технической особенностью является необходимость ежегодного углубления электродов ниже уровня промерзания грунта. Это предотвращает резкие сезонные изменения электрического сопротивления заземляющего устройства, которое должно оставаться стабильным и предсказуемым.
2. Заземление в радиотехнике
В радиосвязи, особенно для передатчиков средних и длинных волн, заземление выполняет роль второго плеча вибратора (антенны). Использование земли с её огромной электрической ёмкостью позволяет создать эффективную несимметричную антенную систему. Однако этот процесс сопровождается неизбежными потерями энергии в грунте.
На радиовещательных станциях с мачтовыми антеннами заземление часто выполняется в виде «лучевой» системы — сети проводников, расходящихся от основания мачты. Исследования, в частности, проведённые М. В. Шулейкиным, показали прямую зависимость сопротивления потерь от длины радиоволны. Для минимизации этих потерь длина каждого «луча» может достигать половины рабочей длины волны, а их общее количество в сложных системах доходит до 120.
3. Заземление в энергетике
Это наиболее распространённый и критически важный для безопасности вид заземления. Устройство состоит из двух основных частей: заземлителя (электроды, погружённые в землю) и заземляющего проводника, соединяющего его с корпусом электроустановки.
В энергетике чётко разделяют две принципиальные функции заземления:
- Рабочее (функциональное) заземление: необходимо для нормальной работы электроустановки. Оно может быть выполнено как непосредственным («глухим») соединением нейтрали или другой точки цепи с землёй, так и через специальные элементы — резисторы или дроссели.
- Защитное заземление: имеет единственную цель — защитить жизнь и здоровье людей. Оно предотвращает появление опасного напряжения на корпусах оборудования (электродвигателей, трансформаторов, распределительных щитов, металлических ограждений), которое может возникнуть при повреждении изоляции и замыкании на корпус. При таком замыкании ток уходит в землю по преднамеренно созданному пути с низким сопротивлением, что вызывает срабатывание защитной автоматики и отключение повреждённого участка сети.
Конструкция и материалы заземляющих устройств
Типовой искусственный заземлитель собирается из вертикальных стальных электродов (трубы, стержни длиной до 3 метров), которые соединяются горизонтальными стальными полосами или проволокой толщиной не менее 4 мм. Электроды размещают по контуру (например, вокруг здания подстанции) с шагом не менее 2.5 метра для эффективного использования площади. Все соединения выполняются сваркой для обеспечения надёжного и долговечного электрического контакта, устойчивого к коррозии в грунте.
Помимо специально смонтированных устройств, в качестве естественных заземлителей разрешается использовать металлические конструкции, уже имеющие хороший контакт с землёй: проложенные в грунте водопроводные трубы, металлические обсадные трубы артезианских скважин, свайные фундаменты. Важное исключение — трубопроводы для транспортировки горючих жидкостей, газов и смесей, которые использовать для заземления категорически запрещено из-за риска искрообразования.
