Заземление и уравнивание потенциалов в машинном зале

Статья подготовлена в информационных целях. Упоминание тех или иных товаров (услуг) не означает, что они представлены в нашем каталоге. Пожалуйста, уточняйте актуальный ассортимент у менеджеров.

Машинный зал холодильного оборудования — помещение с повышенной опасностью поражения электрическим током. Здесь одновременно присутствуют токопроводящие полы, металлические корпуса машин, трубопроводы хладагента и воды, высокая влажность от конденсата и возможных протечек. При повреждении изоляции любого элемента — компрессора, насоса, греющего кабеля — на его корпусе и всех металлических частях, имеющих с ним контакт, появляется опасный потенциал.

Защитное заземление решает первую задачу: оно создаёт путь для тока замыкания на землю с достаточно низким сопротивлением, чтобы ток короткого замыкания гарантированно вызвал срабатывание защитного аппарата — автоматического выключателя или предохранителя. Быстрое автоматическое отключение повреждённого участка — главный принцип защиты от косвенного прикосновения.

Но одного заземления недостаточно. Представьте: заземлённый корпус компрессора и проходящая рядом незаземлённая металлическая труба водоснабжения. При пробое изоляции на корпус компрессора его потенциал относительно земли поднимается до опасного значения — а труба остаётся под нулевым потенциалом. Человек, коснувшийся одновременно трубы и корпуса, замыкает цепь через своё тело. Уравнивание потенциалов устраняет эту разность: все металлические нетоковедущие части и сторонние проводящие конструкции в машинном зале соединяются между собой проводниками, образуя единую зону равного потенциала. В такой зоне опасного напряжения между любыми двумя точками, доступными для одновременного прикосновения, возникнуть не может.

Нормативная база: что говорят правила устройства электроустановок

Основной документ, регламентирующий заземление и уравнивание потенциалов, — Правила устройства электроустановок, главы 1.7 и 7.10. Для машинного зала холодильного оборудования ключевые требования таковы:

• В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных (а машинный зал относится к ним) обязательно выполняется автоматическое отключение питания при замыкании на корпус. Время отключения для системы TN не должно превышать 0,4 секунды при фазном напряжении 220 В.
• Каждое помещение должно иметь главную заземляющую шину, к которой присоединяются нулевые защитные проводники питающих линий, проводники уравнивания потенциалов, проводники рабочего заземления, металлические трубы коммуникаций и строительные конструкции.
• Сопротивление заземляющего устройства для электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземлённой нейтралью не должно превышать 4 Ом. Для установок с номинальным током замыкания на землю более 500 А сопротивление должно быть не выше 0,5 Ом.
• Сечение проводников уравнивания потенциалов: не менее половины сечения наибольшего защитного проводника установки, но не менее 6 квадратных миллиметров по меди для проводников, соединяющих отдельное оборудование, и не менее 2,5 квадратного миллиметра по меди при наличии механической защиты или 4 квадратных миллиметра при её отсутствии — для дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Система заземления: выбираем схему для машинного зала

Для машинного зала холодильного оборудования наилучшим образом подходит система TN-S с разделёнными нулевым рабочим и нулевым защитным проводниками на всём протяжении от трансформаторной подстанции до потребителя. Разделение исключает появление напряжения на корпусах оборудования при обрыве нулевого проводника и даёт возможность применять устройства защитного отключения без риска ложных срабатываний от фоновых токов утечки.

Если питание подаётся по существующей линии с совмещённым проводником PEN, применяется система TN-C-S с обязательным разделением на вводе в здание. Точка разделения PEN на N и PE оборудуется главной заземляющей шиной, от которой дальше нулевой рабочий и нулевой защитный проводники идут раздельно. Повторное заземление PE-проводника выполняется на вводе.

Заземляющее устройство: расчёт и конструкция

Заземляющее устройство машинного зала состоит из заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель может быть естественным (железобетонный фундамент здания, металлические трубопроводы, проложенные в земле) или искусственным (вертикальные стальные электроды, горизонтальная полоса).

Расчёт сопротивления заземления

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя:

Rв = (ρ / 2πL) × ln(4L / d)

где:

• ρ — удельное сопротивление грунта, Ом×м;
• L — длина электрода, м;
• d — диаметр электрода, м.

Для типового суглинка с удельным сопротивлением 100 Ом×м, электрода длиной 3 метра и диаметром 16 миллиметров сопротивление одного вертикального заземлителя составляет около 32–35 Ом — что значительно превышает требуемые 4 Ом. Поэтому заземлители объединяют в контур: несколько вертикальных электродов соединяют горизонтальной полосой.

Результирующее сопротивление контура из n вертикальных электродов:

Rконтура = Rв / (n × η)

где η — коэффициент использования (для контура из четырёх электродов с расстоянием между ними, равным длине, η ≈ 0,7).

Для получения 4 Ом при ρ = 100 Ом×м обычно требуется от четырёх до шести электродов длиной 3 метра, объединённых полосой 40×4 миллиметра. При более высоком удельном сопротивлении грунта количество электродов увеличивается, либо применяется обработка грунта — замена на грунт с меньшим сопротивлением, подсыпка соли, использование глубинных заземлителей.

Конструктивное исполнение

Вертикальные заземлители — стальной уголок 50×50×5 мм или круглая сталь диаметром не менее 16 мм. Минимальная длина — 2,5 метра, расстояние между электродами — не менее длины электрода. Горизонтальная полоса — сталь 40×4 мм, прокладывается на глубине не менее 0,5 метра.

Соединение полосы с вертикальными электродами — только сварка. Место сварки после монтажа покрывается битумной мастикой для защиты от коррозии. Ввод в здание выполняется стальной полосой или круглой сталью с переходом на медный проводник через болтовое соединение в специальном лючке на стене машинного зала.

Уравнивание потенциалов внутри машинного зала

Система уравнивания потенциалов в машинном зале строится в два уровня: главная и дополнительная.

Главная система уравнивания потенциалов

Главная заземляющая шина устанавливается в вводном распределительном устройстве машинного зала. К ней присоединяются:

• нулевой защитный проводник питающей линии;
• заземляющий проводник от заземлителя;
• металлические трубы водоснабжения, отопления и канализации на вводе в помещение;
• металлические строительные конструкции здания (арматура колонн, фермы, балки);
• металлический воздуховод системы вентиляции;
• оболочка кабелей, входящих в машинный зал.

Главная заземляющая шина изготавливается из меди или оцинкованной стали. Минимальное сечение медной шины — 10 квадратных миллиметров по меди, но на практике для машинных залов применяют шины сечением от 50 квадратных миллиметров меди — это даёт запас и снижает переходное сопротивление в местах присоединения.

Дополнительная система уравнивания потенциалов

Дополнительная система уравнивания потенциалов охватывает всё оборудование машинного зала:

• корпус каждого компрессора, чиллера, насоса;
• рамы электродвигателей и вентиляторов;
• металлические оболочки контрольных и силовых кабелей;
• трубы хладагента между агрегатами;
• металлические лотки, короба, щиты автоматики;
• металлические двери электрощитовых;
• трубопроводы воды.

Все перечисленные элементы соединяются между собой проводниками уравнивания потенциалов и заводятся на главную заземляющую шину. Проводник выполняется медным изолированным с жёлто-зелёной маркировкой. Минимальное сечение — 6 квадратных миллиметров по меди при механической защите (укладка в трубу или лоток), 4 квадратных миллиметра без защиты — если это соединение в пределах одного щита или корпуса.

На практике в машинном зале прокладывают магистраль из медной полосы или провода сечением 16–25 квадратных миллиметров, опоясывающую помещение по стенам на высоте 30–40 сантиметров от пола. От неё делают отводы к каждому агрегату сечением 6–10 квадратных миллиметров.

Особенности заземления холодильного оборудования

Компрессоры и чиллеры

Современные спиральные и винтовые компрессоры, особенно с частотным регулированием, чувствительны к качеству заземления. Частотный преобразователь генерирует высокочастотные помехи, которые должны быть отведены в землю через низкоимпедансный путь. Заземляющий проводник к компрессору с частотным преобразователем должен быть как можно короче и прокладываться вместе с питающим кабелем в одном лотке или непосредственно рядом. Не допускается присоединять заземляющий проводник таких компрессоров к удалённой главной заземляющей шине через посредство трубопровода или строительной конструкции: только выделенный медный проводник, напрямую.

Для полугерметичных компрессоров заземляющий зажим обычно расположен на картере или клеммной коробке. Сечение заземляющего проводника для компрессора мощностью до 30 кВт — не менее 6 квадратных миллиметров по меди, от 30 до 75 кВт — 10 квадратных миллиметров, свыше 75 кВт — 16 квадратных миллиметров. Конкретное значение уточняется по паспорту компрессора, но менее 6 квадратных миллиметров делать не допускается.

Трубопроводы хладагента и воды

Медные трубопроводы хладагента, идущие от компрессора к испарителю и конденсатору, в машинном зале соединяются с системой уравнивания потенциалов в начале и конце каждой прямой ветки, а также на промежуточных участках через каждые 30 метров. Соединение выполняется хомутами из нержавеющей стали с контактной пластиной. Проводник от хомута до шины — медный, сечением 6 квадратных миллиметров. Это исключает появление разности потенциалов между трубами разных температурных линий из-за наведённых токов.

Стальные трубопроводы воды соединяются сварным болтовым контактом и также заводятся на главную заземляющую шину. Фланцевые соединения трубопроводов шунтируются гибкими медными перемычками сечением не менее 6 квадратных миллиметров — фланцы с прокладками могут оказаться электрически изолированными друг от друга.

Кабельные лотки, щиты и короба

Металлические кабельные лотки в машинном зале служат одновременно несущей конструкцией и элементом системы уравнивания потенциалов. Каждая секция лотка соединяется с соседней гибкой медной перемычкой, и лоток заводится на главную заземляющую шину не менее чем в двух местах — в начале и в конце трассы. Это обеспечивает непрерывность электрической цепи даже при повреждении одного крепления.

Щиты холодильной автоматики имеют внутреннюю шину заземления, соединённую с главной заземляющей шиной машинного зала проводником, сечение которого не меньше сечения питающего кабеля по нулевому защитному проводнику.

Типовые ошибки при устройстве заземления в машинном зале

1. Последовательное заземление. Все корпуса соединяются одним проводником последовательно — от компрессора к насосу, потом к чиллеру и только затем на шину. При обрыве в любом месте все последующие корпуса остаются без заземления. Правильно: каждый корпус присоединяется отдельным ответвлением к магистрали или напрямую к главной заземляющей шине.
2. Использование трубопроводов как заземляющего проводника. Трубы хладагента, воды или масла не могут быть единственным путём для тока замыкания. Они являются сторонними проводящими частями и подлежат включению в систему уравнивания потенциалов, но заземляющим проводником не служат. Заземление каждого агрегата — выделенным медным проводником в жёлто-зелёной изоляции.
3. Сварка вместо болтового соединения на корпусе оборудования. Сваривание заземляющего проводника с корпусом компрессора или щита недопустимо. Присоединение — только болтовое, с применением тарельчатых пружинных шайб, предохраняющих от самоотвинчивания при вибрации.
4. Отсутствие повторной проверки после монтажа. Смонтировали — включили — работает. Но не измерили сопротивление заземляющего устройства и не проверили целостность цепи заземления. Через год коррозия на соединениях может поднять сопротивление до десятков Ом, и защита перестанет работать. Измерения проводятся сразу после монтажа, затем не реже одного раза в шесть лет, а для особо опасных помещений — раз в два года.
5. Разная маркировка или её отсутствие. Проводники заземления и уравнивания потенциалов должны быть в жёлто-зелёной изоляции. Проводники, соединяющие сторонние проводящие части с главной заземляющей шиной, маркируются жёлто-зелёным цветом и должны быть отличимы от силовых проводников.

Контроль и периодические проверки

После окончания монтажных работ составляется паспорт заземляющего устройства, куда заносятся:

• схема контура заземления с привязкой к местности;
• протокол измерения сопротивления растеканию;
• акт освидетельствования скрытых работ по заземляющему устройству;
• протокол проверки цепи между заземлителем и заземляемыми элементами;
• протокол измерения полного сопротивления петли «фаза-нуль».

В эксплуатации сопротивление заземляющего устройства измеряется при приёмке, после реконструкции и в сроки, установленные местными нормами, но не реже одного раза в шесть лет. Измерения проводятся сертифицированной электролабораторией, на выходе заказчик получает технический отчёт установленного образца.

---

Заземление и уравнивание потенциалов в машинном зале — это не просто «подключить жёлтый проводок к раме». Это рассчитанная система, в которой каждый элемент, от глубинного заземлителя до хомута на трубе хладагента, работает на одну задачу: не дать разности потенциалов достичь опасного уровня и обеспечить гарантированное срабатывание защиты при повреждении изоляции. Экономия на заземлении оборачивается риском, не сопоставимым с затратами на правильный монтаж.

---

Статья носит исключительно информационный характер и не является руководством к действию, технической или производственной инструкцией. За консультациями по вопросам обращайтесь к сертифицированным специалистам.