На этой странице
Заземление электрического щита — это нет не просто подсоединение щита к заземляющему электроду. Для типичной системы электроснабжения проект должен предусматривать как систему заземляющих электродов, так и эффективный путь протекания тока короткого замыкания на землю. В вводном распределительном устройстве заземленный проводник соединяется с сетью уравнивания потенциалов оборудования в разрешенной точке присоединения. В нижестоящих распределительных щитах заземленный проводник обычно изолирован от корпуса и проводников защитного заземления оборудования.
Маркировка на дверце — “главный щит” или “подщит” — не решает проблему. Сначала определите вводное разъединяющее устройство, источник питания, а также является ли щит вводным распределительным устройством, оборудованием, питаемым от фидера, или частью автономной системы электроснабжения. Затем примените принятую на местном уровне редакцию NFPA 70, Национального электротехнического кодекса (NEC), перечень оборудования и инструкции, требования энергоснабжающей организации и предписания органа, осуществляющего надзор (AHJ).
Границы безопасности: Работы в щите могут привести к контакту с вводными проводниками и линейными клеммами, которые остаются под напряжением даже при разомкнутом главном автоматическом выключателе. Эта статья является концептуальным руководством по NEC, а не инструкцией по монтажу или проверке оборудования под напряжением. Проектирование, внесение изменений, проверка и техническое обслуживание должны выполняться квалифицированным персоналом с использованием точной документации на оборудование и соблюдением необходимых правил безопасной работы с электроустановками.
Три пути, которые нельзя путать
Большинство ошибок при заземлении начинаются с того, что три различных пути протекания тока принимают за один.
| Путь | Нормальное назначение | С чем его нельзя путать |
|---|---|---|
| Заземленный проводник, обычно нейтраль | Проводит нормальный обратный ток для подключенных фазных нагрузок (фаза-нейтраль) | Проводник защитного заземления или проводник заземляющего электрода |
| Эффективный путь тока замыкания на землю | Проводит ток короткого замыкания через соединенные металлические части и путь защитного заземления обратно к источнику, чтобы могло сработать защитное устройство | Путь протекания тока, зависящий преимущественно от грунта или заземляющего электрода |
| Подключение заземляющего электрода | Соединяет систему с соответствующими электродами в здании или сооружении | Замена защитного проводника оборудования или устройства защиты от сверхтока |
OSHA описывает защитный проводник оборудования как путь, по которому опасный ток повреждения возвращается к источнику питания, что позволяет срабатывать автоматическим выключателям или плавким предохранителям. Его электрический стандарт также требует, чтобы путь заземления от цепей, оборудования и корпусов был постоянным, непрерывным и эффективным. NEC применяет ту же базовую логику системы: земля не используется в качестве нормального эффективного пути для тока замыкания на землю.
Рассмотрим линейный проводник, контактирующий с заземленным металлическим корпусом. Предполагаемый путь отключения проходит через соединение корпуса и путь защитного заземления оборудования, через соединение заземления ввода и обратно к обмотке источника. Эта металлическая цепь с низким полным сопротивлением позволяет протекать достаточному току повреждения для того, чтобы соответствующее устройство защиты от сверхтока сработало в соответствии со своими характеристиками.
Система заземляющих электродов выполняет другие необходимые функции, включая соединение системы объекта с землей и ограничение напряжения относительно земли при определенных условиях. Она не делает отсутствие пути защитного заземления оборудования допустимым, а добавление еще одного заземляющего электрода не исправляет поврежденный защитный проводник оборудования питающей линии.
Вводное распределительное устройство против заземления распределительного щита
Первый вопрос при проектировании — не “Где находится зеленый винт?”, а “Какую электрическую границу занимает этот корпус?”
| Контекст панели | Заземленный проводник / нейтраль | Заземление оборудования и корпус | Подключение заземляющего электрода |
|---|---|---|---|
| Вводное устройство в точке разъединения питающей сети | Подключено к сети уравнивания потенциалов оборудования посредством требуемого или разрешенного основного соединения | Корпус и клемма заземления оборудования присоединены к эффективному пути протекания тока короткого замыкания | Проводник заземляющего электрода соединяет точку заземления/соединения питающей сети с системой заземляющих электродов в соответствии с принятыми нормами |
| Нижестоящая распределительная панель | Нормально изолирован от корпуса и шины заземления оборудования | Шина заземления оборудования и корпус соединены с цепью заземления оборудования питающей линии | Местный электрод, если он требуется для отдельного здания или в других условиях, не заменяет цепь заземления оборудования питающей линии и не разрешает создание второго соединения с нейтралью |
| Автономная система электроснабжения | Место соединения зависит от источника системы, схемы разъединителя, защиты и применимых положений NEC | Требует анализа заземления и соединения, специфичного для данной системы | Использует соответствующее подключение заземляющего электрода для данной автономной системы |
Почему нейтраль на стороне нагрузки обычно изолирована
Если заземленный проводник повторно подключается к корпусу или системе защитного заземления оборудования со стороны нагрузки от точки соединения с заземлителем, нормальный ток нейтрали может распределяться по металлическим кабелепроводам, проводникам защитного заземления, корпусам и другим соединенным путям. Это делает нормально нетоковедущие металлические части частью нормальной обратной цепи.
В материалах NFPA по разработке NEC для раздела 250.24 указано правило для стороны нагрузки: за исключением случаев, когда Кодекс прямо разрешает иное, заземленный проводник не должен повторно подключаться к проводникам защитного заземления, нормально нетоковедущим металлическим частям или земле со стороны нагрузки от вводного разъединителя. Именно поэтому граница ввода — а не повседневное название “главный щит” — определяет принятие решения.
Для более детального ознакомления с конструкцией шин используйте отдельное руководство по сравнению нейтральной шины и шины заземления. Изолированная нейтральная шина и соединенная с корпусом шина защитного заземления являются функциональными требованиями для распределительного щита, а не просто визуальными предпочтениями.
Таблица соответствия статьи 250 NEC для проверки щитов
Статья 250 охватывает обширную систему заземления и уравнивания потенциалов. Следующая таблица соответствия определяет части, наиболее важные для проверки щита, не воспроизводя текст Кодекса и не заменяя принятую редакцию.
| Раздел 250 | Контрольный вопрос | Необходимые доказательства |
|---|---|---|
| Общие характеристики заземления и уравнивания потенциалов | Существует ли эффективный, постоянный и непрерывный путь для тока короткого замыкания и исключены ли нежелательные пути протекания тока? | Однолинейная схема, метод питания фидера, непрерывность цепи уравнивания потенциалов, состояние на объекте |
| Системы с питанием от сети | Где находится устройство отключения питания и где разрешено выполнение соединения для уравнивания потенциалов? | Маркировка вводного оборудования, схема электроснабжения/ввода, инструкции для панели и разъединителя |
| Главная перемычка уравнивания потенциалов | Присутствует ли средство уравнивания потенциалов, правильно ли оно расположено, сертифицировано или предусмотрено для данного оборудования и соответствует ли оно по размеру? | Этикетка/руководство к оборудованию, данные о проводниках и вводе, принятые таблицы NEC |
| Система заземляющих электродов | Какие квалифицированные электроды присутствуют и соединены ли они между собой надлежащим образом? | Документация по фундаменту и объекту, осмотр электродов, документация по соединениям |
| Проводник заземляющего электрода | Являются ли его материал, трассировка, защита, соединение и размер правильными для фактического ввода и электродов? | Данные о вводных проводниках, принятые требования NEC, информация о сертифицированных соединителях |
| Заземляющий проводник оборудования | Обеспечивают ли фидер и каждая цепь одобренный путь протекания тока короткого замыкания? | Способ прокладки проводки, непрерывность проводников/кабелепроводов, чертежи вышестоящих/нижестоящих участков |
| Уравнивание потенциалов корпусов и металлических систем | Являются ли все требуемые токопроводящие части электрически непрерывными, не создавая при этом путей для протекания рабочего тока? | Инспекция корпусов, кабелепроводов, водопроводных труб, металлоконструкций и системы уравнивания потенциалов |
Номера разделов и детали таблиц могут меняться в разных редакциях, а местные поправки могут изменять порядок применения. Используйте редакцию, принятую в данной юрисдикции, вместо того чтобы автоматически полагать, что новейшая опубликованная версия NEC регулирует проект.
Система заземляющих электродов — это не только заземляющий стержень
Терминология NEC относится к системе заземляющих электродов, а не просто к “стержню”. В общедоступных материалах NFPA к разделу 250.50 указано, что соответствующие требованиям заземляющие электроды, имеющиеся в здании или сооружении, соединяются между собой для формирования этой системы.
В зависимости от объекта и принятых норм, система может включать соответствующий требованиям металлический подземный водопровод, заглубленную металлическую опору, электрод, залитый в бетон, контур заземления, сертифицированные электроды, стержневые или трубчатые электроды, либо пластинчатые электроды. Наличие не означает автоматического соответствия требованиям: важны размеры, контакт с землей, непрерывность, доступность, защита от коррозии и способы соединения.
Можно ли использовать арматурную сталь?
Обобщающее утверждение о том, что “NEC запрещает использовать арматуру в качестве электрода”, неверно. Соответствующий требованиям электрод, залитый в бетон, может использовать стальной арматурный стержень или прут, который отвечает применимым условиям по конструкции, длине, диаметру, непрерывности, заливке бетоном и контакту с землей. Обычная арматурная сталь не соответствует требованиям автоматически, а для недоступного электрода в существующем здании предусмотрен особый порядок. Проверьте фактическое состояние фундамента и принятую редакцию NEC.
Что означает правило 25 Ом?
Часто упоминаемое положение о 25 Ом ограничено применимым одиночный стержневой, трубчатый или пластинчатый заземлитель правило. Согласно общепринятой схеме NEC, если не доказано, что сопротивление такого заземлителя растеканию тока составляет 25 Ом или менее, устанавливается дополнительный заземлитель с соблюдением требуемого расстояния. Это не является универсальным целевым показателем для всех типов заземлителей и не гарантирует, что добавление стержней создаст эффективный путь для тока замыкания на землю оборудования.
В руководстве OSHA по заземлению в строительстве аналогично указано, что если сопротивление одиночного заземлителя превышает 25 Ом, его необходимо дополнить еще одним заземлителем, расположенным на расстоянии не менее 6 футов. Проект должен по-прежнему соответствовать принятому тексту NEC, местным поправкам, методу испытаний, типу заземлителя и интерпретации AHJ. Не превращайте это ограниченное положение в универсальное правило “сопротивление панели должно быть менее 25 Ом”.
Функции каждого проводника и перемычки
| Предмет | Подключает | Основная функция | Орган, ответственный за выбор |
|---|---|---|---|
| Заземленный проводник | Нейтральная точка источника к разрешенным нагрузкам и точке заземления/уравнивания потенциалов | Нормальный путь возврата тока и опорная точка заземленной системы | Проектирование системы, принятые нормы NEC, инструкции к оборудованию |
| Проводник заземления оборудования (EGC) | Корпуса оборудования и клеммы заземления по направлению к точке соединения с источником | Часть эффективного пути тока замыкания на землю | Способ прокладки проводки, проектирование цепи/фидера, принятые нормы NEC |
| Проводник заземляющего электрода (GEC) | Точка заземления ввода или производной системы к системе заземляющих электродов | Соединяет электрическую систему с системой электродов | Данные о вводе/автономной системе, тип электрода, принятый стандарт NEC |
| Главная перемычка уравнивания потенциалов (MBJ) | Заземленный проводник, подключенный к сети уравнивания потенциалов оборудования на вводном устройстве | Завершает цепь возврата тока короткого замыкания на вводе | Конструкция вводного устройства и принятый стандарт NEC |
| Системная перемычка уравнивания потенциалов (SBJ) | Заземленный проводник, подключенный к сети уравнивания потенциалов оборудования для автономной системы | Устанавливает точку уравнивания потенциалов автономной системы | Архитектура источника и разъединения, принятая согласно NEC |
Эти названия описывают электрические функции, а не взаимозаменяемые отрезки провода зеленого цвета или без изоляции. Выбор сечения GEC по таблице EGC, использование шины заземления в качестве нейтральной шины или предположение, что каждый винт для уравнивания потенциалов должен находиться в каждом корпусе, может привести к неправильному монтажу.
Контрольный список для проверки квалифицированным специалистом
Этот контрольный список предназначен для определения объема и документирования профессиональной проверки. Он намеренно не содержит пошаговых инструкций для каждой клеммы.
- Определите источник и границу. Найдите точку подключения к сети, устройство разъединения питания, источники фидеров, альтернативные источники и отдельно производные источники.
- Определите функцию каждого проводника. Различайте незаземленные проводники, заземленный проводник, проводник заземления оборудования, проводник заземляющего электрода и перемычки уравнивания потенциалов на основе чертежей и маркировки оборудования.
- Найдите каждое соединение нейтрали с защитным заземлением. Убедитесь, что точки уравнивания потенциалов вводной и производной электрических систем соответствуют утвержденному проекту и что никакие непредусмотренные соединения ниже по цепи не создают параллельных путей для протекания рабочего тока.
- Проверьте изоляцию нейтрали ниже по цепи. Проверьте шину нейтрали, корпус, шину защитного заземления оборудования, способ прокладки питающих проводов, а также любые перемычки или винты уравнивания потенциалов на соответствие указаниям в инструкции к распределительному щиту.
- Составьте схему полного пути протекания тока короткого замыкания. Подтвердите наличие непрерывности цепи от открытых проводящих частей обратно к точке уравнивания потенциалов источника. Не рассматривайте грунт или изолированный стержень в качестве основного пути для отключения тока.
- Проведите инвентаризацию электродов заземления. Определите, какие из соответствующих требованиям электродов присутствуют и объединены ли требуемые электроды в единую систему.
- Проверьте состояние проводников и соединителей. Проверьте материал, сечение, трассировку, физическую защиту, сертификацию соединителей, соответствие условиям окружающей среды и допустимость способов подключения согласно принятым нормам NEC и точным инструкциям к оборудованию.
- Проверьте документацию по использованию клемм и моментам затяжки. Подтвердите количество проводников, материал/диапазон сечений, подготовку и момент затяжки согласно маркировке оборудования или инструкциям производителя; не используйте общие значения момента затяжки.
- Спланируйте обесточивание и проверку отсутствия напряжения. Квалифицированный специалист должен обеспечить безопасность при работе с токоведущими частями со стороны ввода, выполнить блокировку/маркировку (LOTO), проверить пригодность измерительных приборов и использовать необходимые средства индивидуальной защиты в соответствии с применимыми правилами безопасной работы в электроустановках.
- Зафиксируйте принятые нормы и основание для утверждения. Укажите редакцию NEC, местные поправки, требования разрешительных органов/AHJ, документацию на оборудование, результаты испытаний и корректирующие действия.
Типичные результаты и их реальное значение
| Заключение | Почему это важно | Что не исправляет проблему само по себе |
|---|---|---|
| Нейтраль, повторно соединенная с PE в нижестоящем щите | Может привести к протеканию рабочего тока нейтрали по цепям защитного заземления оборудования и соединенным металлическим конструкциям | Добавление заземляющего электрода |
| Отсутствующий или разорванный путь защитного заземления питающей линии | Может помешать протеканию тока короткого замыкания по предусмотренному металлическому пути в объеме, достаточном для срабатывания защитного устройства | Один лишь местный заземлитель |
| Проводник заземляющего электрода присутствует, но отсоединен или подвергся коррозии | Нарушает соединение между электрической системой и системой заземляющих электродов | В предположении, что защитный заземляющий проводник (EGC) ответвленной цепи выполняет все функции электрода |
| Учитывается только один электрод при наличии других соответствующих электродов | Может привести к тому, что требуемая система заземляющих электродов останется неполной | Рассмотрение наиболее легкодоступного стержня в качестве всей системы |
| Статус соединительного винта определен на основе названия панели | Может привести к установке перемычки не с той стороны разъединителя питания | Называя один шкаф “главным щитом” |
| Несколько проводников под одной клеммой, не предназначенной для такого использования | Может привести к созданию ненадежных соединений и нарушению инструкций по эксплуатации оборудования | Затяжка с произвольным моментом |
Заземление и уравнивание потенциалов также не заменяют защиту с помощью устройств защитного отключения (УЗО) или устройств защиты от перенапряжений (SPD) там, где эти функции требуются. Руководство по заземлению, УЗО и защите от перенапряжений разделяет эти три уровня безопасности.
Целевые вопросы
Делает ли отключение главного автоматического выключателя весь щит безопасным?
Вводные проводники и клеммы со стороны линии перед разъединителем могут оставаться под напряжением. Электрический щит должен быть оценен квалифицированным специалистом в соответствии с применимыми правилами безопасной работы с электрооборудованием; использование бесконтактного индикатора или обычного мультиметра не является заменой этого процесса.
Нужно ли соединять нейтраль и заземление в распределительном щите?
В типичном щите, питаемом от фидера, заземленный проводник изолирован от корпуса и проводников защитного заземления оборудования. Точное решение зависит от фактического ввода, фидера, отдельно созданного источника питания, условий существующей установки, сертификации оборудования и принятых норм, а не только от термина “распределительный щит”.
Нужен ли заземляющий стержень для щита в отдельно стоящем здании?
Для здания или сооружения, питаемого от фидера, могут потребоваться дополнительные заземлители в дополнение к пути защитного заземления оборудования фидера. Локальный заземлитель не заменяет проводник защитного заземления оборудования и не разрешает непредусмотренное соединение нейтрали с заземлением. Проверьте правила для фидера, здания и существующей установки в принятой редакции норм.
Может ли заземляющий стержень вызвать срабатывание автоматического выключателя при замыкании на землю?
Стандартная конструкция не полагается на землю как на эффективный путь тока замыкания на землю. Именно соединенный металлический путь защитного заземления оборудования, ведущий обратно к источнику, обеспечивает достаточный ток повреждения для срабатывания устройства защиты от сверхтока в пределах его характеристик.
Кто должен проверять заземление щита?
Привлекайте квалифицированного специалиста по электрике, знакомого с действующей в данной местности редакцией NEC, оборудованием ввода, конкретным перечнем панелей и инструкциями к ним, а также с требованиями AHJ. Техническая статья может разъяснить границы принятия решений, но она не может подтвердить состояние конкретной электроустановки.