Методы заземления и соединения для хозяйственных построек
Сегодня большинство объектов недвижимости, будь то жилые, коммерческие или промышленные, включают в себя по крайней мере одно здание или сооружение на этом участке. Часто на одном участке находится несколько зданий. Некоторые включают здания, каждое из которых снабжается собственной коммунальной службой, а другие имеют электроснабжение в одной точке и подают электроэнергию в другие здания или сооружения по фидеру (фидерам) или по ответвленной цепи (цепям). В этой статье более подробно рассматриваются требования и методы заземления и соединения для отдельных зданий или сооружений, питаемых от других служб.
Когда здание построено, оно требует прочного фундамента, который соединяет здание с землей. Заземление электрических систем и оборудования служит основой для электрической системы или обслуживания. Независимо от того, снабжается ли здание или сооружение на территории службой или фидером, заземляющий электрод, как правило, требуется всегда. Электрод выполняет две важные электрические функции. Во-первых, там, где электрическое оборудование и системы подключены к земле через заземляющий электрод или систему заземляющих электродов, разность потенциалов между землей и этими проводящими элементами сводится к минимуму. Такое соединение с заземляющим электродом снижает опасность поражения электрическим током и поддерживает тот же потенциал при нормальной работе. Во время нештатных ситуаций, таких как замыкания на землю и короткие замыкания, соединение с землей работает для минимизации разности потенциалов в течение времени отключения устройства максимального тока. Вторым важным преимуществом заземляющего электрода в отдельном здании или сооружении является ограничение напряжений, создаваемых молнией, перенапряжениями в сети или непреднамеренным контактом с более высоким напряжением.
Заземление электрических систем также дает преимущества стабилизации напряжения относительно земли во время нормальной работы системы. Следует отметить, что заземляющий электрод и проводник заземляющего электрода практически не влияют на работу устройств защиты от перегрузки по току. Земля или заземление не обеспечивают эффективного пути тока повреждения.
Есть два важных определения, которые необходимо полностью понять, чтобы понять концепции и критерии производительности для заземления и соединения. Давайте взглянем на эти два определения и установим разницу между двумя терминами.
Заземлен.Подключен к земле или к какому-либо проводящему телу, которое служит вместо земли.
Склеивание (склеивание).Неразъемное соединение металлических частей с образованием электропроводящего пути, обеспечивающего непрерывность электрического тока и способность безопасно проводить любой ток, который может быть введен.1
Примечание. Существует множество производных от этих двух терминов, которые по-разному используются в NEC. Возможно, это одна из причин некоторых недоразумений и неправильного применения правил заземления и соединения. Важно иметь полное представление о производительности, требуемой от каждого из двух терминов заземления и соединения.
Рис. 1. Функции заземления и соединения
Очевидно, что в определениях этих терминов описываются две отдельные функции производительности. Чтобы упростить их значение, думайте о земле как о земле. Когда объект или проводник заземлены, он, по определению, соединен с землей. Когда объекты соединены вместе, соединение должно быть выполнено таким образом, чтобы между ними создавался путь, способный безопасно проводить любой ток (ток неисправности или нормальный ток), который может быть наложен (см. рис. 1). Отключение устройств перегрузки по току напрямую связано с функцией соединения, а не с функцией заземления, как указано в определении и на языке исполнения 250.4(A) и 250.4(B), в которых описывается назначение каждой функции.
Заземление для служб и отдельно производных систем требуется, а соединение заземляющего электрода (точка заземления) обычно располагается на обслуживании или источнике отдельно производной системы в соответствии с требованиями NEC. Материалы, не проводящие ток, которые окружают электрические проводники или оборудование или являются частью такого оборудования, должны быть соединены вместе (скреплены) и подключены к точке заземления источника питания таким образом, чтобы установить эффективный путь тока повреждения [NEC 250.4(А)(3)]. Как правило, поскольку эти нетоковедущие части соединены вместе, они также одновременно заземляются из-за соединения с землей в точке заземления для обслуживания или отдельной системы. По сути, заземление и соединение — это две отдельные рабочие функции, которые обычно выполняются одновременно, и обе они должны быть обеспечены для обеспечения безопасности. Важно понимать производительность, требуемую для каждой из этих функций, чтобы точно применять правила NEC к установкам и системам в полевых условиях.
Требуется заземляющий электрод
При применении правил заземления и соединения для нескольких зданий необходимо убедиться, что обе рабочие функции выполняются и соответствуют требованиям NEC. Когда фидер подходит к отдельному зданию или сооружению, необходимо применять несколько правил NEC. Должны применяться правила для средств разъединения отдельных конструкций и их расположения. Как правило, здесь также выполняются начальные или первые соединения заземления и соединения. NEC требует, чтобы здание или сооружение, питаемое фидерной или ответвленной цепью, имело заземляющее соединение через имеющийся заземляющий электрод или систему заземляющих электродов в этом здании или сооружении. В принципе, этот требуемый заземляющий электрод одинаков для данного здания или сооружения, независимо от того, снабжает ли его служба или фидер. Он должен иметь заземляющий электрод(ы). Система заземляющих электродов должна состоять из электродов, указанных в части III статьи 250.
Рисунок 2. Заземляющие электроды обычно требуются в отдельных зданиях или сооружениях.
При отсутствии электродов, специально описанных в 250.52(A)(1)–(A)(6), необходимо установить один из электродов, описанных в 250.52(A)(4)–(A)(7). Одно исключение ослабляет требования к заземляющему электроду в отдельной конструкции; электрод не требуется, если сооружение питается от одной ответвленной цепи, включающей заземляющий провод оборудования для заземления токопроводящих нетоконесущих металлических частей всего оборудования в сооружении. Итак, как видно, обычно требуется заземляющий электрод в отдельном здании [NEC 250.32(A)].
В НЭК предусмотрены два способа заземления и соединения соединений на отдельных зданиях или сооружениях. Один метод требуется, когда фидерная или ответвленная цепь включает или обеспечивает заземляющий провод оборудования в дополнение к любому заземленному системному проводнику как часть фидера или ответвленной цепи. Второй (альтернативный) метод заключается в том, что фидерная или ответвленная цепь не имеет заземляющего проводника оборудования, если питает отдельное здание или сооружение. Имейте в виду, что заземляющий электрод требуется, как правило, в отдельном здании, независимо от того, предусмотрен ли заземляющий проводник для оборудования, если только это не подпадает под действие исключения, которое обсуждалось ранее.
Где предусмотрен заземляющий провод оборудования
Как правило, фидеры должны иметь заземляющий провод оборудования [NEC 215.6]. В настоящее время в электроустановках более распространено распределение фидеров, которые включают в себя заземляющие проводники оборудования. В последних циклах NEC все большее внимание уделялось отказу от использования заземленных проводников для целей заземления на стороне нагрузки службы или отдельно производной системы. В NEC существуют общие правила, запрещающие заземляющие соединения с заземленными (часто нейтральными) проводниками на стороне нагрузки службы или отдельной точкой заземления системы [NEC 250.24(A)(5); 250.142(В); 250.32(В)(1)]. Основная причина заключается в том, чтобы предотвратить протекание нормальных (нейтральных) токов по другим электропроводящим металлическим дорожкам обратно к источнику. Имейте в виду, что ток (нормальный или аварийный) будет пытаться следовать по всем путям, чтобы вернуться к источнику, и будет делиться по этим путям обратно пропорционально полному сопротивлению каждого пути.
Рис. 3. Заземление и соединение в отдельном здании или сооружении методом, описанным в Разделе 250.32(B)(1), с заземляющим проводником оборудования
Если фидер питает отдельное здание или сооружение и включает в себя заземляющий проводник оборудования, то заземляющий проводник оборудования должен быть присоединен (привязан) к средствам отключения сооружения. Сечение заземлителя оборудования (проволочного типа) должно соответствовать минимальным размерам, указанным в 250.122, исходя из типоразмера устройства защиты от сверхтоков для фидера или ответвления цепи, питающей здание или сооружение (см. рисунок 3).
Требуемый проводник заземляющего электрода также должен быть подключен к разъединяющему устройству. Минимальный размер провода заземляющего электрода должен соответствовать 250.66 [250.32(E)]. Заземленный (часто нейтральный) проводник должен заканчиваться на клеммной колодке заземленного проводника в разъединяющем корпусе, который изолирован (изолирован) от корпуса. Это предотвращает контакт любого тока нейтрального проводника с металлическими частями в этой точке системы. Ток нейтрали должен возвращаться к сервисному оборудованию по одному пути, в данном случае по нейтрали, что является целью производительности. В условиях неисправности заземляющий проводник оборудования служит в качестве защитной цепи, обеспечивающей эффективное обратное соединение с источником, что облегчает работу устройства перегрузки по току и размыкает неисправное состояние. Заземляющий электрод в этих условиях неисправности служит для того, чтобы удерживать металлическое оборудование и другие проводящие материалы при одном и том же потенциале (заземления) в течение времени, в течение которого произошло событие.
Где провод заземления оборудования не предусмотрен
Второй способ заземления и соединения в отдельном здании или сооружении допускается, если фидер не имеет проводника заземления оборудования, но включает проводник с системным заземлением (часто нейтральный). Этот второй метод немного сложнее в использовании, поскольку существуют более конкретные ограничения, которые необходимо учитывать и соблюдать. Прежде чем можно будет использовать заземляющий проводник для целей заземления в отдельном здании или сооружении, должны быть соблюдены три условия.
Рисунок 4. Заземление и соединение в отдельных зданиях или сооружениях с использованием заземляющего проводника способом, указанным в Разделе 250.32(B)(2)
Первое условие заключается в том, что проводник заземления оборудования любой формы, указанной в 250.118, не предусмотрен и не проходит вместе с подачей питания к зданию. Это означает, что включены только фазный провод (провода) и заземленный провод системы либо в виде непосредственного захоронения, в неметаллическом кабелепроводе под землей, либо в виде воздушных проводов. Ключевым моментом является отсутствие проводника заземления оборудования.
Второе условие заключается в том, что не существует или иным образом не существует непрерывных металлических дорожек, и они подключены к системе заземления в обоих зданиях. Примерами непрерывных металлических путей могут быть металлические водопроводные трубы, строительная сталь, металлические кабелепроводы, кабельные экраны, металлические воздуховоды и т. д.
Последнее условие, которое должно быть выполнено перед использованием этого метода, заключается в том, что защита оборудования от замыканий на землю не установлена на линии подачи или фидере, поскольку соединения нейтрали с землей на стороне нагрузки этого оборудования могут свести на нет или снизить чувствительность защиты оборудования. .
Если все эти условия соблюдены, то заземляющую жилу питающей или ответвленной цепи допускается использовать для заземления и соединения электрооборудования. Он должен быть подключен к корпусу средства отключения конструкции, к которому также подключен необходимый проводник заземляющего электрода. Минимальный размер заземляющего провода фидера или ответвления должен удовлетворять двум минимальным требованиям к размерам. Во-первых, он должен выдерживать максимальную нагрузку на заземленный (часто нейтральный) проводник, как указано в 220.22. Во-вторых, он также не должен быть меньше, чем требуемый заземляющий проводник для фидера или ответвленной цепи с использованием 250.122, в зависимости от размера предохранителя или автоматического выключателя перед ним.
Помимо того, что он является обычным проводником с током, заземленный проводник удерживает электрооборудование и другие проводящие материалы под потенциалом земли (земли). Как в нормальных условиях, так и в условиях неисправности заземленный проводник служит в качестве необходимого эффективного пути тока замыкания на землю, чтобы облегчить работу устройств защиты от перегрузки по току фидера или ответвленной цепи.
Средства разъединения отдельных зданий или сооружений
NEC включает требования к средствам отключения, когда фидер(ы) или ответвленная(ые) цепь(и) питают отдельное здание [NEC 225.31]. Эти средства отключения должны располагаться либо снаружи, либо внутри обслуживаемого здания и должны быть легкодоступны как можно ближе к месту ввода проводников или располагаться вне здания. Эти требования по большей части аналогичны требованиям к местам отключения услуг, как указано в статье 230.
Рисунок 5. Оборудование, обозначенное как «пригодное для использования в качестве сервисного оборудования», обычно включает в себя возможности заземления и соединения, как показано на рисунке, а также четко обозначено для этого использования.
Требуемый разъединитель фидерной или ответвленной цепи, питающей отдельное здание или сооружение, как правило, также должен подходить для использования в качестве сервисного оборудования [NEC 225.36]. Разъединяющие средства и оборудование, обозначенные как «пригодные для использования в качестве сервисного оборудования», сконструированы так, чтобы включать функции и средства для заземления и соединения. Как правило, это означает, что для соединения заземляющего проводника с корпусом предусмотрена «основная соединительная перемычка» в виде винта, ленты, шины или проводника. Это оборудование позволяет выполнять надлежащие соединения заземления и соединения в отдельном здании или сооружении для любого из двух методов заземления и соединения, предусмотренных в 250.32(B)(1) или (2) [см. рис. 5].
Имейте в виду, что это средство разъединения обычно требуется, и оно должно подходить для использования в качестве сервисного оборудования. Заземляющий электрод обязателен, и он должен быть присоединен к корпусу разъединителя так же, как и к обслуживающему оборудованию на входной стороне отдельного здания или сооружения. Разница заключается в том, как выполняется подключение заземленного (часто нейтрального) проводника к этому средству отключения, и это напрямую связано с двумя альтернативными методами, предусмотренными в 250.32(B). Помните, что во время нормальной работы важно поддерживать ток на его предполагаемом пути.
Важно понимать различные критерии эффективности заземления и соединения. Конкретные требования к эффективности теперь включены в качестве правил в статью 250 и помогают понять цель предписывающих требований. Три определения терминов, основанных на характеристиках, представлены в 250.2 и помогают пользователям лучше понять причины и цели функций заземления по сравнению с соединением. Правильно заземленная и соединенная электрическая система и установка обеспечивают обе функции бесшовной и одновременной системы защиты. Как правило, если объекты эффективно соединены, они обычно также эффективно заземлены. Если объекты заземлены только по определению, они не могут быть эффективно соединены, чтобы облегчить работу устройства перегрузки по току. Помните, что заземление не допускается в качестве заземляющего проводника оборудования и не должно использоваться в качестве эффективного пути тока замыкания на землю. Просмотрите определения в Статье 100 и установите твердое понимание значения основных и связующих терминов и слов. Это важно для точного и правильного применения правил к установкам и системам. Эта статья основана на требованиях, содержащихся в редакции NEC 2002 года. Всегда консультируйтесь с уполномоченным органом по любым местным требованиям или постановлениям в области электроснабжения в вашем регионе.
1Национальный электрический кодекс, 2002 г., Статья 100, Определения. Национальная ассоциация противопожарной защиты, Inc., Куинси, Массачусетс 02269.
Общие сведения о защите от замыканий на землю и токов утечки
Прерыватели цепи замыкания на землю (GFCI) используются уже более 40 лет и зарекомендовали себя как бесценные средства защиты персонала от опасности поражения электрическим током. Другие типы устройств защиты от тока утечки и замыкания на землю были введены для различных приложений с момента появления GFCI. Использование некоторых защитных устройств специально требуется Национальным электротехническим кодексом® (NEC)®. Другие являются компонентами устройства, как того требует стандарт UL, распространяющийся на это устройство. Эта статья поможет дифференцировать различные типы защитных устройств, используемых сегодня, и уточнить их предполагаемое использование.
Определение прерывателя цепи замыкания на землю содержится в статье 100 NEC и выглядит следующим образом: «Устройство, предназначенное для защиты персонала, которое предназначено для обесточивания цепи или ее части в течение установленного периода времени, когда ток на землю превышает значения, установленные для устройства класса А».
Следуя этому определению, информационная записка предоставляет дополнительную информацию о том, что представляет собой устройство GFCI класса A. В нем указано, что устройство GFCI класса A срабатывает, когда ток на землю имеет значение в диапазоне от 4 мА до 6 мА, и ссылается на UL 943, Стандарт безопасности для прерывателей цепи замыкания на землю.
Раздел 210.8 NEC охватывает конкретные приложения, как жилые, так и коммерческие, где требуется защита GFCI для персонала. В жилых помещениях устройства GFCI требуются во всех однофазных розетках на 125 В, 15 и 20 ампер, установленных в таких местах, как ванные комнаты, гаражи, на открытом воздухе, в незавершенных подвалах и кухнях. Статья 680 NEC, касающаяся плавательных бассейнов, содержит дополнительные требования GFCI.
Почти в каждую новую редакцию NEC с 1968 года добавлялись новые требования GFCI. В таблице ниже приведены примеры того, когда NEC впервые потребовала GFCI для различных приложений. Обратите внимание, что этот список не включает все места, где требуется защита GFCI.
Руководство UL по прерывателям цепи замыкания на землю (KCXS) можно найти в UL Product iQ TM .
Другие типы устройств защиты от тока утечки и замыкания на землю:
GFPE (Защита оборудования от замыканий на землю) — Предназначен для защиты оборудования путем отключения всех незаземленных проводников цепи при уровнях тока меньше, чем у устройства защиты от перегрузки по току в цепи питания. Этот тип устройства обычно рассчитан на срабатывание в диапазоне 30 мА или выше и поэтому не используется для защиты персонала. Этот тип устройства может быть предоставлен в соответствии с требованиями разделов NEC 210.13, 240.13, 230.95 и 555.3. Руководство UL по оборудованию для обнаружения замыкания на землю и релейному оборудованию можно найти в категории продуктов UL KDAX.
LCDI (прерыватель детектора тока утечки) LCDI разрешены для однофазных комнатных кондиционеров со шнуром и вилкой в соответствии с разделом 440.65 NEC. В шнурах питания LCDI используется специальный шнур с экраном вокруг отдельных проводников, который предназначен для разрыва цепи при возникновении тока утечки между проводником и экраном. Руководство UL по обнаружению и прерыванию тока утечки можно найти в категории продуктов UL ELGN.
EGFPD (Устройство защиты от замыканий на землю) — Предназначены для таких применений, как стационарное электрическое оборудование для удаления льда и снеготаяния, а также стационарное электрическое нагревательное оборудование для трубопроводов и сосудов в соответствии со статьями 426 и 427 NEC. Это устройство отключает электрическую цепь от источника питания, когда ток замыкания на землю превышает уровень срабатывания, указанный на устройстве, обычно от 6 мА до 50 мА. Информацию о руководстве UL по устройствам защиты от замыканий на землю можно найти в категории продуктов UL FTTE.
ALCI и IDCI
Эти устройства признаны компонентами UL и не предназначены для широкой продажи или использования. Они предназначены для использования в качестве компонентов заводской сборки определенных приборов, пригодность которых определяется UL. Они не исследовались для установки в полевых условиях и могут удовлетворять или не удовлетворять требованиям NEC.
ALCI (прерыватель тока утечки устройства) — Устройства ALCI, входящие в состав электроприборов, аналогичны устройствам GFCI, поскольку они предназначены для прерывания цепи, когда ток замыкания на землю превышает 6 мА. ALCI не предназначен для замены использования устройства GFCI, где требуется защита GFCI в соответствии с NEC.
IDCI (прерыватель цепи обнаружения погружения) — Компонентное устройство, прерывающее цепь питания погружного электроприбора. Когда проводящая жидкость попадает в прибор и контактирует как с токоведущей частью, так и с внутренним датчиком, устройство отключается, когда ток между токоведущей частью и датчиком превышает значение тока отключения. Ток срабатывания может быть любым значением ниже 6 мА, достаточным для обнаружения погружения подключенного прибора. Функция IDCI не зависит от наличия заземленного объекта.
Доказанные преимущества защиты от тока утечки и замыкания на землю
Чтобы уменьшить опасность поражения электрическим током, UL находится в авангарде исследований детекторов, технологий и разработки стандартов. Статистика показывает, что устройства, описанные в этой статье, оказались эффективным средством повышения безопасности жилых помещений и других электроустановок. Надлежащее применение и использование этих защитных устройств имеет решающее значение для координации необходимой защиты для безопасных установок.
(Copyright © Материал из январского выпуска The Code Authority: Electrical Connections за январь 2009 г. Этот материал может не отражать изменения, произошедшие с момента его первоначальной публикации.)
