Explica qué es la conexión a tierra con tus propias palabras. ¿Qué tipos de sistemas de puesta a tierra existen y qué es la puesta a tierra de protección? Principio de puesta a tierra

Toma de tierra– un dispositivo que protege a una persona de una descarga eléctrica. Gracias al uso de diversos dispositivos de puesta a tierra, es posible evitar víctimas en el trabajo y en el hogar. En realidad, este es su objetivo principal. Pero para utilizar correctamente la conexión a tierra, primero es necesario comprender qué es y cómo funciona.

¿Qué es la conexión a tierra?

Entonces, ¿qué es la conexión a tierra? Estructuralmente, suele ser un trozo de cable ordinario, que está conectado por un extremo al cuerpo del dispositivo eléctrico y por el otro extremo a tierra, de ahí el nombre. La conexión a tierra también puede estar presente en el enchufe de una herramienta eléctrica moderna, donde su función es la misma: si la herramienta está dañada, la conexión a tierra protege a una persona de una descarga eléctrica.

Hay muchos varios sistemas puesta a tierra como TN-C, TN-S, TN-C-S y otros, de hecho, a una persona común y corriente, sin una formación en ingeniería eléctrica, no es necesario profundizar tanto en estas cosas, así que seguimos adelante.

¿Cómo funciona la conexión a tierra?

La esencia de la conexión a tierra es simple: servir como conductor. digamos que sucedió situación de emergencia- en bancarrota lavadora. Al mismo tiempo, el devanado del motor eléctrico (u otra cosa) sufrió un cortocircuito y el cuerpo de la máquina quedó energizado. Una persona, sin saberlo, puede tocar el cuerpo, después de lo cual recibirá una descarga eléctrica. Para evitar que esto suceda, la lavadora está conectada a tierra. Entonces, si una persona toca el cuerpo, la corriente no pasará a través de él, sino a través de la conexión a tierra. Y esto sucederá porque la piel humana tiene una resistencia del orden de varios kiloohmios, y la resistencia del conductor de tierra no supera los 5-10 ohmios, que es mil veces menor que la resistencia de la piel humana. Resulta que es mil veces más fácil que la corriente pase a través de un cable y llegue a tierra que a través de una persona.

¿Cuál es la diferencia entre puesta a tierra y neutralización?

si hablamos en lenguaje sencillo, entonces la conexión a tierra es la conexión del cuerpo del receptor de electricidad a cero. El cero es un cable que tiene potencial cero y proviene del transformador. La puesta a cero funciona así: si un cable con corriente entra en contacto con el cuerpo del receptor, se conecta a cero a través del cuerpo, lo que provoca un cortocircuito. La protección se activa automáticamente y apaga la alimentación.

La reducción a cero es una técnica que se utiliza únicamente en producción y por sí sola. propiedades protectoras mucho peor que estar conectado a tierra. Desafortunadamente, en muchas casas antiguas no hay posibilidad de proteger el cableado del apartamento mediante conexión a tierra y recurren a la conexión a tierra, lo cual es extremadamente inseguro.

Aquí respondimos brevemente a la pregunta "¿por qué se necesita conexión a tierra?" ¡Esperamos que el material te haya resultado útil! ¡Buena suerte!

En la primera parte (teoría), describiré la terminología, los principales tipos de conexión a tierra (propósito) y los requisitos para la conexión a tierra.
En la segunda parte (práctica) se hablará sobre las soluciones tradicionales utilizadas en la construcción de dispositivos de puesta a tierra, enumerando las ventajas y desventajas de estas soluciones.
La tercera parte (práctica) en cierto sentido continuará la segunda. Contendrá una descripción de las nuevas tecnologías utilizadas en la construcción de dispositivos de puesta a tierra. Como en la segunda parte, enumerando las ventajas y desventajas de estas tecnologías.

Si el lector tiene conocimientos teóricos y sólo le interesa la implementación práctica; es mejor para él saltarse la primera parte y empezar a leer desde la segunda.

Si el lector tiene conocimientos necesarios y quiere familiarizarse solo con los nuevos productos; es mejor omitir las dos primeras partes e inmediatamente pasar a leer la tercera.

Mi opinión sobre los métodos y soluciones descritos es hasta cierto punto unilateral. Pido al lector que comprenda que no presento mi material como un trabajo objetivo integral ni expreso mi punto de vista y mi experiencia en el mismo.

Una parte del texto es un compromiso entre la precisión y el deseo de explicar en "lenguaje humano", por lo que se hacen simplificaciones que pueden "dañar los oídos" de un lector con conocimientos técnicos.

1 parte. Toma de tierra

En esta parte hablaré sobre terminología, los principales tipos de puesta a tierra y las características de calidad de los dispositivos de puesta a tierra.

Puede aumentar el área de contacto del electrodo de tierra con tierra aumentando el número de electrodos, conectándolos entre sí (sumando las áreas de varios electrodos) o aumentando el tamaño de los electrodos. Cuando se utilizan electrodos de puesta a tierra verticales, este último método es muy eficaz si las capas profundas del suelo tienen una resistencia eléctrica menor que las superiores.

B1.2. Resistencia eléctrica del suelo (específica)

Permítanme recordarles: esta es una cantidad que determina qué tan bien el suelo conduce la corriente a través de sí mismo. Mientras menos resistencia tenga el suelo, más eficientemente/fácilmente “absorberá” la corriente del electrodo de tierra.

Ejemplos de suelos que conducen bien la electricidad son las marismas o las arcillas muy húmedas. Perfecto entorno natural para pasar corriente - agua de mar.
Un ejemplo de suelo "malo" para la puesta a tierra es la arena seca.

(Si está interesado, puede consultar la tabla de valores de resistividad del suelo utilizados en los cálculos de los dispositivos de puesta a tierra).

Volviendo al primer factor y al método para reducir la resistencia a tierra aumentando la profundidad del electrodo, podemos decir que en la práctica, en más del 70% de los casos, el suelo a una profundidad de más de 5 metros tiene varias veces Menor resistividad eléctrica que la de la superficie, debido a mayor humedad y densidad. A menudo se encuentra agua subterránea, que aportan al suelo una resistencia muy baja. La conexión a tierra en tales casos resulta ser de muy alta calidad y confiable.

A LAS 2. Estándares existentes resistencia a tierra

Dado que no se puede alcanzar el ideal (resistencia cero a la propagación), todos los equipos eléctricos y dispositivos electrónicos se crean en base a ciertos valores estandarizados de resistencia de puesta a tierra, por ejemplo 0,5, 2, 4, 8, 10, 30 o más ohmios.

A modo de orientación, daré los siguientes valores:

• para una subestación con un voltaje de 110 kV, la resistencia al flujo de corriente no debe ser superior a 0,5 ohmios (PUE 1.7.90)
• cuando está conectado equipo de telecomunicaciones, la conexión a tierra normalmente debe tener una resistencia de no más de 2 o 4 ohmios
• para un funcionamiento fiable de los pararrayos de gas en dispositivos de protección aerolíneas comunicaciones(Por ejemplo, la red local basado en un cable de cobre o cable de radiofrecuencia), la resistencia de tierra a la que están conectados (los descargadores) no debe ser superior a 2 ohmios. Hay casos con un requisito de 4 ohmios.
• en la fuente actual (por ejemplo, subestación de transformadores) la resistencia de conexión a tierra no debe ser superior a 4 ohmios con una tensión de línea de una fuente de corriente trifásica de 380 V o una fuente de corriente monofásica de 220 V (PUE 1.7.101)
• en la conexión a tierra utilizada para la conexión pararrayos, la resistencia no debe ser superior a 10 ohmios (RD 34.21.122-87, cláusula 8)
• para casas particulares, con conexión a la red eléctrica 220 Volt / 380 Volt:
  • usando Sistemas TN-C-S es necesario tener una conexión a tierra local con una resistencia recomendada de no más de 30 ohmios (me guío por PUE 1.7.103)
  • cuando se utiliza el sistema TT (aislamiento a tierra del neutro de la fuente de corriente) y se utiliza el dispositivo parada protectora(RCD) con una corriente de respuesta de 100 mA, es necesario tener una conexión a tierra local con una resistencia de no más de 500 ohmios (PUE 1.7.59)

A LAS 3. Cálculo de la resistencia a tierra.

Para diseñar con éxito un dispositivo de puesta a tierra que tenga la resistencia de puesta a tierra requerida, generalmente se utilizan configuraciones de puesta a tierra estándar y fórmulas básicas para los cálculos.

La configuración del electrodo de tierra generalmente la selecciona el ingeniero en función de su experiencia y la posibilidad de su aplicación (configuración) en una instalación particular.

La elección de las fórmulas de cálculo depende de la configuración de puesta a tierra seleccionada.
Las fórmulas mismas contienen los parámetros de esta configuración (por ejemplo, el número de electrodos de tierra, su longitud, grosor) y los parámetros del suelo de un objeto en particular donde se ubicará el electrodo de tierra. Por ejemplo, para un solo electrodo vertical esta fórmula será:

La precisión del cálculo suele ser baja y depende nuevamente del suelo; en la práctica, las discrepancias en los resultados prácticos ocurren en casi el 100% de los casos. Esto se debe a su gran heterogeneidad (del suelo): cambia no sólo en profundidad, sino también en área, formando una estructura tridimensional. Las fórmulas existentes para calcular los parámetros de puesta a tierra difícilmente pueden hacer frente a la heterogeneidad unidimensional del suelo, y los cálculos en una estructura tridimensional implican una enorme potencia informática y requieren extremadamente altamente entrenado operador.
Además, para crear un mapa de suelo preciso, es necesario realizar una gran cantidad de trabajo geológico (por ejemplo, para un área de 10*10 metros es necesario realizar y analizar alrededor de 100 pozos de hasta 10 metros de largo), lo que provoca un aumento significativo en el costo del proyecto y la mayoría de las veces no es posible.

En vista de lo anterior, el cálculo es casi siempre una medida obligatoria pero indicativa y generalmente se lleva a cabo según el principio de lograr una resistencia de puesta a tierra de “no más que”. Los valores promedio se sustituyen en fórmulas. resistividad suelo, o sus valores más grandes. Esto proporciona un “margen de seguridad” y en la práctica se expresa en valores de resistencia a tierra obviamente más bajos (menores significa mejor) de lo esperado durante el diseño.

Construcción de electrodos de tierra.

Al construir electrodos de puesta a tierra, se utilizan con mayor frecuencia electrodos de puesta a tierra verticales. Esto se debe al hecho de que los electrodos horizontales son difíciles de enterrar a gran profundidad y, con una pequeña profundidad de dichos electrodos, su resistencia a tierra aumenta considerablemente (deterioro de la característica principal) en periodo de invierno debido a la congelación de la capa superior del suelo, lo que lleva a un gran aumento en su específico resistencia eléctrica.
)

GOST R 50571.21-2000 (IEC 60364-5-548-96)
Dispositivos de puesta a tierra y sistemas de ecualización de potencial eléctrico en instalaciones eléctricas que contienen equipos de procesamiento de información (Google)

Instructivo para la instalación de protección contra rayos de edificios y estructuras RD 34.21.122-87 (Google)

Experiencia y conocimientos propios.

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La conexión eléctrica de un objeto hecho de material conductor a tierra. La conexión a tierra consta de un electrodo de tierra (una parte conductora o un conjunto de partes conductoras interconectadas que están en contacto eléctrico con tierra directamente o a través de un medio conductor intermedio) y un conductor de tierra que conecta el dispositivo puesto a tierra al electrodo de tierra. El electrodo de tierra puede ser una simple varilla de metal (generalmente de acero, con menos frecuencia de cobre) o un conjunto complejo de elementos de forma especial.

La calidad de la conexión a tierra está determinada por el valor de la resistencia eléctrica del circuito de puesta a tierra, que se puede reducir aumentando el área de contacto o la conductividad del medio, utilizando muchas varillas, aumentando el contenido de sal en el suelo, etc. En Rusia, los requisitos de puesta a tierra y su disposición están regulados.

Los conductores de puesta a tierra de protección en todas las instalaciones eléctricas, así como los conductores de protección neutros en instalaciones eléctricas con tensiones de hasta 1 kV con neutro sólidamente puesto a tierra, incluidas las barras colectoras, deben tener designación de letra RE y designación de color franjas alternas longitudinales o transversales del mismo ancho (para neumáticos de 15 a 100 mm) de colores amarillo y verde.

Los conductores de trabajo cero (neutro) se designan con la letra N y azul. Los conductores combinados de protección neutra y de trabajo neutro deben tener la designación de letra PEN y una designación de color: azul en toda su longitud y franjas de color amarillo verdoso en los extremos.

Errores en el dispositivo de puesta a tierra.

Conductores PE incorrectos

A veces se utiliza como conductor de puesta a tierra. tuberías o tuberías de calefacción, pero no pueden utilizarse como conductor de puesta a tierra. Es posible que haya inserciones no conductoras en el suministro de agua (por ejemplo, tubos de plastico), el contacto eléctrico entre tuberías puede romperse debido a la corrosión y, finalmente, parte de la tubería puede ser desmantelada para su reparación.

Combinando el cero de trabajo y el conductor PE

Otra violación común es la combinación del cero de trabajo y el conductor PE más allá del punto de separación (si lo hay) a lo largo de la distribución de energía. Tal violación puede llevar a la aparición de corrientes bastante significativas a través del conductor PE (que no debería transportar corriente en su estado normal), así como a disparos falsos del dispositivo de corriente residual (si está instalado). Separación incorrecta del conductor PEN

Es extremadamente peligroso siguiente camino“crear” un conductor PE: un conductor neutro que funcione se determina directamente en el enchufe y se coloca un puente entre él y el contacto PE del enchufe. Por lo tanto, el conductor PE de la carga conectada a este enchufe está conectado al cero de trabajo.

El peligro de este esquema es que aparecerá un potencial de fase en el contacto de tierra del enchufe y, en consecuencia, en el cuerpo del dispositivo conectado, cuando cualquiera de siguientes condiciones:
- rotura (desconexión, quemado, etc.) del conductor neutro en la zona entre la toma y la pantalla (y también más allá, hasta el punto de puesta a tierra del conductor PEN);
- Reordenar los conductores de fase y neutro (fase en lugar de neutro y viceversa) que van a esta toma.

Función protectora de puesta a tierra.

El efecto protector de la puesta a tierra se basa en dos principios:

Reducir la diferencia de potencial entre un objeto conductor puesto a tierra y otros objetos conductores puestos a tierra de forma natural a un valor seguro.

Descarga de corriente de fuga cuando un objeto conductor conectado a tierra entra en contacto con un cable de fase. En un sistema diseñado correctamente, la aparición de una corriente de fuga conduce al funcionamiento inmediato de los dispositivos de protección ().

Por tanto, la conexión a tierra es más eficaz sólo en combinación con el uso de dispositivos de corriente residual. En este caso, en la mayoría de las fallas de aislamiento, el potencial en los objetos conectados a tierra no excederá los valores peligrosos. Además, el tramo defectuoso de la red se desconectará en muy poco tiempo (décimas de centésimas de segundo es el tiempo de respuesta del RCD).

Operación de conexión a tierra durante fallas en el equipo eléctrico Un caso típico de falla en el equipo eléctrico es el contacto del voltaje de fase con el cuerpo metálico del dispositivo debido a una falla de aislamiento. Dependiendo de las medidas de protección que se implementen, son posibles las siguientes opciones:

La carcasa no está conectada a tierra, no hay RCD (la opción más peligrosa). El cuerpo del dispositivo estará bajo potencial de fase y esto no se detectará de ninguna manera. Tocar un dispositivo tan defectuoso puede ser fatal.

La carcasa está conectada a tierra, no hay RCD. Si la corriente de fuga a lo largo del circuito de puesta a tierra del cuerpo de fase es lo suficientemente grande (excede el umbral de operación del fusible que protege este circuito), entonces el fusible se disparará y apagará el circuito. El voltaje efectivo más alto (relativo a tierra) en una caja conectada a tierra será Umax=RGIF, donde RG? resistencia a tierra, SI? la corriente a la que se activa el fusible que protege este circuito. Esta opción no es lo suficientemente seguro, ya que con una alta resistencia a tierra y fusibles de gran calibre, el potencial en el conductor puesto a tierra puede alcanzar bastante cantidades significativas. Por ejemplo, con una resistencia a tierra de 4 ohmios y un fusible de 25 A, el potencial puede alcanzar los 100 voltios.

La carcasa no está conectada a tierra, se instala un RCD. El cuerpo del dispositivo estará en potencial de fase y esto no se detectará hasta que haya un camino por el que pase la corriente de fuga. En el peor de los casos, se producirá una fuga a través del cuerpo de una persona que toque tanto un dispositivo defectuoso como un objeto naturalmente conectado a tierra. El RCD desconecta la sección defectuosa de la red tan pronto como se produce una fuga. Una persona recibirá solo una descarga eléctrica de corta duración (0,010,3 segundos: el tiempo de respuesta del RCD), que, por regla general, no daña la salud.

La carcasa está conectada a tierra, el RCD está instalado. Ésta es la opción más segura, ya que las dos medidas de protección se complementan. Cuando el voltaje de fase llega a un conductor puesto a tierra, la corriente fluye desde el conductor de fase a través de la falla de aislamiento hacia el conductor de puesta a tierra y hacia la tierra. El RCD detecta inmediatamente esta fuga, aunque sea muy insignificante (normalmente el umbral de sensibilidad del RCD es de 10 mA o 30 mA), y rápidamente (0,010,3 segundos) desconecta la sección de la red con la avería. Además, si la corriente de fuga es lo suficientemente grande (supera el umbral de disparo del fusible que protege ese circuito), entonces el fusible también puede dispararse. ¿Cuál exactamente? dispositivo de protección(RCD o fusible) apagará el circuito; depende de su velocidad y corriente de fuga. También es posible activar ambos dispositivos.

Tipos de puesta a tierra

TN-C

El sistema TN-C (Terre-Neutre-Combine francés) fue propuesto por la empresa alemana AEG (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) en 1913. El neutro de trabajo y el conductor PE (Tierra de protección) en este sistema se combinan en un solo cable. El mayor inconveniente fue la formación de tensión de línea (1.732 veces mayor que la tensión de fase) en las carcasas de las instalaciones eléctricas durante una interrupción cero de emergencia.

A pesar de esto, hoy en día se puede encontrar en edificios de los países de la antigua URSS.

TN-S

Para reemplazar el sistema TN-C condicionalmente peligroso, en la década de 1930, se desarrolló el sistema TN-S (Terre-Neutre-Separe francés), en el que los ceros de trabajo y de protección se separaban directamente en la subestación, y el electrodo de tierra era bastante diseño complejo herrajes metálicos.

Así, cuando se rompía el cero de trabajo en medio de la línea, las carcasas de la instalación eléctrica no recibían tensión de línea. Posteriormente, un sistema de puesta a tierra de este tipo hizo posible desarrollar disyuntores diferenciales y disyuntores de fuga de corriente capaces de detectar pequeñas corrientes. Su trabajo hasta el día de hoy se basa en las leyes de Kirghoff, según las cuales la actual cable de fase la corriente debe ser numéricamente igual a la corriente en la corriente cero de funcionamiento.

También se puede observar el sistema TN-C-S, donde la separación de ceros ocurre en el medio de la línea, sin embargo, si el cable neutro se rompe antes del punto de separación, las carcasas quedarán bajo voltaje de línea, lo que representará una amenaza para la vida. si se toca.

La conexión a tierra es conexión especial puntos red eléctrica y el propio dispositivo de puesta a tierra. La conexión a tierra de las instalaciones eléctricas es necesaria para la seguridad de la vida humana frente a descargas eléctricas.

Averigüemos qué es la conexión a tierra y por qué es necesaria.

Tipos de puesta a tierra

Existen dos tipos de puesta a tierra en función de su funcionamiento:

1. Se trata, por regla general, de piezas conductoras de electricidad de carcasas de equipos que están conectadas a cero, es decir, se realiza la "puesta a cero". Es decir, cuando una fase golpea el cuerpo de un aparato eléctrico, se produce un cortocircuito y, gracias a la "puesta a cero", la máquina debajo del panel de medición se apaga.
2. El segundo principio es la conexión a tierra del cuerpo del aparato eléctrico. En caso de contacto de fase con el cuerpo, gracias a la conexión a tierra que pasa a través del cuerpo del aparato eléctrico y a tierra, la fase se desvía de la persona a tierra, por lo que la persona no recibirá una descarga eléctrica, lo que significa que se salvará la vida.

¿Por qué no contentarse con máquinas simples? Porque incluso la máquina más rápida tiene su propio tiempo de respuesta, lo que significa que existe el riesgo de sufrir una descarga eléctrica.

Cada aparato eléctrico tiene su propio aislamiento. cableado eléctrico. A veces, debido a una combinación de circunstancias, este cableado eléctrico puede quedar inutilizable, lo que, a su vez, provoca fallos en el equipo eléctrico o, en caso contrario, una descarga eléctrica. Es la conexión a tierra la que está diseñada para proteger a una persona de estos peligros.

Ejemplo

Digamos que hay una estufa eléctrica o una lavadora. Estos dispositivos suponen un peligro potencial porque entran en contacto con el agua y el agua es un excelente conductor. Entonces, de alguna manera el cuerpo de nuestro dispositivo cruzó el potencial eléctrico. Si no hay conexión a tierra, si se toca, una persona puede recibir una descarga eléctrica. Pero el potencial eléctrico puede no causar ningún daño si todo sucede en una habitación seca sobre una superficie conductora. Para que se produzca una descarga eléctrica, debe producirse una diferencia de potencial eléctrico. Esta diferencia ocurre cuando estás en cuarto húmedo o en superficie metálica. Lo mismo puede ocurrir si tocas elementos conductores, como una tubería de agua.

Es la conexión a tierra de los dispositivos lo que salva vidas humanas. Si conecta a tierra el cuerpo del dispositivo (en la mayoría de los casos, se trata de enchufes y baterías con corriente), la carga que aparece en el cuerpo (incluso estática) fluye instantáneamente al suelo y, en consecuencia, elimina el peligro.

Si el aislamiento se daña más gravemente y una fase ingresa al cuerpo del dispositivo, se produce un cortocircuito que provoca que el disyuntor se apague.

Para asegurar protección confiable Cuando se trabaja bajo tensión, las instalaciones eléctricas están conectadas a tierra. La puesta a tierra de protección es una conexión eléctrica deliberada entre la carcasa de la instalación y un dispositivo de puesta a tierra. Según el principio de funcionamiento, toda la conexión a tierra se divide en dos tipos. Se puede realizar en forma de puesta a tierra de protección y puesta a tierra, que tienen exactamente la misma función, que es proteger a las personas de la exposición. corriente eléctrica, en caso de tocar la carcasa u otras partes cuando se rompa el aislamiento.

La esencia de la puesta a tierra protectora.

Al instalar abrazaderas protectoras, se realiza una conexión deliberada entre partes de las instalaciones eléctricas y un dispositivo de conexión a tierra. De este modo, se garantiza la seguridad eléctrica en caso de contacto accidental con determinadas piezas bajo tensión. Esta situación suele darse cuando hay una rotura del aislamiento, cuando surge tensión entre la carcasa y la fase. Si hay puesta a tierra, la corriente no supondrá ningún peligro, ya que el puesta a tierra de protección, que tiene un muy bajo .

Principal componentes La conexión a tierra la proporcionan directamente el electrodo de tierra y los conductores de tierra. Los electrodos de puesta a tierra pueden ser naturales y artificiales. En el primer caso, este construcciones metalicas teniendo conexión confiable con el suelo. Los conductores de puesta a tierra artificiales son varillas, tubos o ángulos de acero cuya longitud debe ser de al menos 2,5 m. Se introducen en el suelo y se conectan entre sí mediante alambre soldado o tiras de acero. Para que la conexión a tierra sea más eficaz, es necesario reducir su resistencia aumentando el número de electrodos de tierra artificiales.

Dispositivo de protección a tierra

La esencia del protector es la conexión eléctrica intencional. ciertas partes instalaciones electricas con cable neutral.

Como regla general, estas instalaciones eléctricas no tienen voltaje normal. En estos casos, cualquier fase que esté en cortocircuito con la carcasa provoca un cortocircuito con el cable neutro. Una corriente con muy gran valor Por lo tanto, el equipo debe apagarse rápida y completamente. Ésta es precisamente la función principal de la puesta a cero. toda la estructura puesta a cero protectora Consiste en un conductor de trabajo cero y un conductor de protección cero.