Заземление электроустановок

Понятие заземления

Прежде чем дать ответ на вопрос, чем отличается заземление от зануления, рассмотрим каждое понятие отдельно. Заземление – это специальное соединение электроустановок с землей. Цель этого соединения является снижение резкого скачка напряжения в электрической сети. Оно используется в той цепи, где нейтраль будет изолирована. Когда будет установлено подходящее заземляющее оборудование, то избыточный ток, который поступает в сеть, будет уходить в землю по отводящим контактам. Сопротивление этой части должно быть относительно низким, чтобы ток был поглощен без остатка.

Также функция защитного заземления электроустановок позволяет увеличить объем аварийного тока замыкания, несмотря на то, что это противоречит его назначению. Заземлитель с большим сопротивлением слабый ток замыкания может не воспринять, только со специальными защитными приборами. В таком случае, когда будет аварийная ситуация, установка будет под напряжением, что может представлять большую опасность для здоровья человека в этом помещении. Назначение защитных электроустановок также рассчитано на отведение блуждающего тока в электрической сети.

Заземлитель является особым проводником, который может состоять из одного или нескольких элементов. Обычно они соединены между собой электропроводящим материалом и заключены в землю, которая поглощает проходящий заряд. В качестве заземляющих проводников может использоваться сталь и медь. По нормам ПУЭ данная мера защиты в обязательном порядке должна делаться в современных жилых домах, а также рабочих помещениях, заводах, в общественных заведениях и других зданиях различного назначения.

В большинстве домов современного образца установлены схемы заземления. Однако их может не быть в старых зданиях. В такой ситуации специалисты рекомендуют заменить проводку трехжильным кабелем с заземляющим проводом, подключив защитную электроустановку. Бывают ситуации, когда нет возможности сделать монтаж полноценного заземляющего контура. В современной электротехнике может использоваться специальное портативное оборудование – переносной заземляющий штырь (шина). Их действие соответствует стандартному заземляющему устройству жилых домов или отводов. Такое устройство имеет хорошее практическое значение, легко подвергается монтажу и переноске, починке, а также имеет широкий функционал.

Функцию заземления могут выполнять несколько самостоятельных групп защитного оборудования. Грозозащитные. Они служат для того, чтобы быстро отводить импульсный высокий заряд от молнии. Зачастую их применение необходимо в разрядниках и современных молниеотводах. Рабочие. Такая группа позволяет поддерживать в нужном режиме работу всех электроустановок при разных условиях (нормальные и аварийные).

Защитные. Данная группа оборудования нужна для предотвращения прямого контакта людей и животных с электрическим зарядом, который возникает в результате механического повреждения фазы в проводе. Они позволяют предотвратить множество несчастных случаев, которые могли бы быть, если проблемы с силовой линией не были замечены своевременно.

Заземлители условно разделены на искусственные и естественные. Искусственные электроустановки представляют собой специальные конструкции, которые делаю специально для того, чтобы увести избыточный ток сети в землю, обеспечив защиту своему дому. Их могут производить на заводе или делаться самостоятельно, используя стальные элементы. Естественными заземлителями является грунт, фундамент под зданием или же дерево возле дома.

Зануление

В электрической разводке, собранной по схеме зануления, также присутствуют три провода. Но контакты земля соединены напрямую с нулевыми контактами в распределительном щите. При этом получается, что заземляющий провод и есть нулевой. В системе TN-C, которая присутствует во всех старых домах, подводка к розеткам состоит из двух проводов: фаза и ноль.

Все дело в том, что нейтраль трансформатора, проведенная по нулевому проводу до распределительного щита, является заземляющим проводником. Именно от названия нулевого провода и названа зануляющая система. Оптимально, если провод PE будет проведен от розетки прямо к распределительному щиту. Если делать перемычку внутри розетки, то при обрыве нулевого проводника N оборвется и заземляющая сеть. Поэтому использовать эту схему категорически запрещается.

В чем минус этого способа. В распределительном щите на фазный контур устанавливается автомат, который отключается при появлении короткого замыкания. Но все дело в том, что это устройство реагирует на силу тока, которая определяется характеристиками вставки внутри автомата. К примеру, на панели может быть указан показатель – 16 А. То есть, он будет реагировать именно на эту силу тока или большую. Все, что меньше данного значения, легко проскакивает, и автомат на это не реагирует. Он не будет разрывать цепь, к примеру, если сила тока короткого замыкания равна 10 амперам. А это величина, которая может нанести увечья человеку. При включенном автомате на металлическом корпусе бытового прибора образуется большой потенциал напряжения.

В каких случаях необходимо заземление?

Так зачем нужно заземление? Для наглядности стоит рассмотреть несколько примеров:

1. К примеру, в квартире установлена посудомоечная машина. Но по какой-то причине в определенный момент на корпусе появилась фаза, и корпус не заземлен. Но нейтраль линии электропередачи, которая ведет к дому и дает электричество — заземлена, также под заземлением краны и батареи.

Если надеты резиновые тапочки, то при соприкосновении никаких неприятных ощущений и даже малейшего удара не будет. Но вот если нет обуви, и при этом человек еще и схватился за кран, а вторая рука расположена на корпусе, то он становится проводником электрического тока, который подается через корпус на человека, и далее в землю на нейтраль, и на подстанцию.

2. Если посудомоечная машина заземлена? Что произойдет в такой ситуации? Если по каким-то причинам на корпусе появится ноль, то ток сразу уйдет в грунт. Хоть человек босой, хоть в тапочках, ничего не произойдет, заземление сработало, никакого поражения электрическим током все целы и невредимы. Один недостаток, посудомоечную машину нужно будет ремонтировать, но все равно это будет дешевле и лучше.

3. В помещении поломалась стиральная машина, и корпус оборудования находится под напряжением. При соприкосновении с корпусом в таком случае человек получит удар током. Вот зачем нужно заземление, тогда ток уходит в землю и с человеком все хорошо.

Дело в том, что сопротивление человеческой кожи намного выше, чем сопротивление провода, и тогда ток идет по пути наименьшего сопротивления, попадает в землю, и человек остается в целостности. Это один из наиболее простых примеров, который и показывает, зачем нужно заземление в доме или другой постройке. Без такой системы риск получить удар электрическим током возрастает.

Мнение эксперта
Евгений Попов
Электрик, мастер по ремонту

Стоит брать в расчет еще один момент, особенно для владельца частного дома это крайне важная информация. Даже если сооружение построено из натурального материала, количество электрической проводки остается тем же что и в многоэтажном жилом здании, но натуральный материал отлично воспламеняется. Именно исходя из этого, система заземления в частном доме может предотвратить возникновение неприятных ситуаций и пагубных последствий.

Наиболее страшным событием, которое может произойти – это пожар, он возникает вследствие короткого замыкания или выхода из строя электрооборудования. То есть если возникает сомнения и вопросы по поводу того, зачем нужно заземление в частном доме, нужно осознавать, что подобная система защищает не только от возгораний, но и предотвращает от удара электрическим током каждого члена семьи.

Мнение эксперта
Евгений Попов
Электрик, мастер по ремонту

Ситуации могут быть довольно жуткими, но они являются наглядным примером того, к чему может привести халатность и пренебрежение техникой безопасности. Как видно, иногда последствия могут быть действительно самыми серьезными и пагубными.

Что такое заземление и для чего она нужна?

Под заземлением подразумевают металлическую конструкцию, предназначенную для снижения степени напряжения до неопасных для человека параметров. Важнейшей особенностью монтажа является установка системы в местах, обеспечивающих надежную изоляцию нейтрального провода.

Помимо этого, наличие заземления позволяет существенно увеличивать аварийный ток. Необходимость повышения этого параметра связана с тем, что при повышенном сопротивлении заземляющего контура, несмотря на критическое состояние электроприборов тока замыкания в некоторых случаях недостаточно для срабатывания защитных механизмов при этом опасность получения электротравмы сохраняется.

Принципиально, заземляющий контур является системой из нескольких проводников, обеспечивающих соединение токопроводящих элементов оборудования с грунтом. По назначению эти системы можно разделить на три основных типа:

1. Рабочий тип разработан для обеспечения работоспособности оборудования, как в обычных условиях, так и в условиях непредвиденных ситуаций;
2. Защитный тип обеспечивает защиту обслуживающего персонала в случае пробоя токоведущих элементов на корпус;
3. Грозозащитный тип обеспечивает отвод в землю атмосферных электрических разрядов.

Помимо этого, различают искусственное и естественное заземление и зануление. Разница в том что искусственное представляет собой специально изготовленную металлическую рамку. К естественным, можно отнести металлические конструкции, изготовленные для других целей и используемые в качестве заземления.

Устройство защитных токовых отводов при работе с трехфазным электрическим оборудованием

Коммутация трехфазных потребителей электроэнергии отличается от подключения обычной бытовой электротехники, поэтому устройство защитных систем осуществляется иным способом. При этом не нужно путать нулевой или заземляющий провод, участвующий в системе управления, то есть, задействованный в схему пуска и остановки агрегата, с защитным проводником, предназначенным для отведения опасного разряда на землю.

Оформление, разводка, подключение электрооборудования

Работы производятся в несколько этапов:

1. По периметру помещения обустраивается отдельная линия (трасса), выполненная из узкой металлической полосы 40х3 мм или медного провода сечением 16 мм.кв.
2. На ней в скрытом месте монтируется шина (желательно медная) с контактными приспособлениями (шпильками или отверстиями для болтовых соединений). Допускается использование металлической шины, но в этом случае приваривание шпилек – обязательное условие.
3. Эта линия соединяется с контуром заземления или зануления, выведенным отдельным проводом от распределительного щита и имеющим надежную связь с землей либо прямую, либо через рабочий ноль
4. Корпуса всех потребителей (трехфазных электродвигателей) через медный провод соединяются с описанной шиной.

При возникновении короткого замыкания от утечки напряжения из-за нарушения изоляции или «пробития» одной из фаз на корпус заземленного электрооборудования, ток сразу будет уходить в землю по пути наименьшего сопротивления, то есть через соединенную с рабочим нулем или землей жилу. Это сохранит человека от поражения электротоком при касании корпуса прибора.

Устройство зануления допускается только в случае отсутствия возможности коммутации с земляным контуром. Во всех иных случаях правильным считается только защитное заземление.

Агрегат через медный провод соединен с шиной, смонтированной от заземляющей трассы

Обязательное использование дополнительных защитных устройств

Описанные заземляющие и зануляющие системы эффективны при возникновении значительных утечек или коротких замыканий на корпус электроприборов. Однако для достижения полной безопасности при обслуживании оборудования необходимо применение дополнительных средств защиты, обеспечивающих разрыв электрической цепи при возникновении нарушений их работы.

На производственных предприятиях это могут быть блоки автоматики (контроля изоляции БКИ или максимальной токовой защиты). Но наиболее распространенными средствами, как на производстве, так и в быту, являются автоматические выключатели и устройства защитного отключения, которые:

• обеспечат обесточивание электрической цепи в случае возникновения неполадок;
• защитят пользователя от поражения электрическим током;
• предохранят технику от возгорания.

Такие приборы могут иметь исполнение для однофазных или трехфазных систем. Они бывают:

• однополюсные – устанавливаются на одну из линий (ноль, фаза);
• двухполюсные – устанавливаются на оба провода электропроводки;
• многополюсные (три и более) – используются при трехфазном напряжении.

Схема бытовой проводки с РЕ-проводником заземления и защитой ВА и УЗО Автоматический выключатель производит отключение при превышении токовой нагрузки номинального значения, указанного на корпусе прибора. УЗО контролирует состояние электросети и срабатывает при появлении самых незначительных утечек тока.

Разновидности систем заземления

Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» регламентирует следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT. Система TN-C

Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combine) предложена немецким концерном AEG в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник (англ. ProtectionEarth) в этой системе совмещены в один провод. Самым большим недостатком была возможность появления фазного напряжения на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля. Несмотря на это, данная система все еще встречается в постройках стран бывшего СССР.

Система TN-S

Разделение нулей в TN-S и TN-C-S

На замену условно опасной системы TN-C в 1930-х годах была разработана система TN-S (фр.Terre-Neutre-Separe), рабочий и защитный ноль в которой разделялись прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой довольно сложную конструкцию металлической арматуры. Таким образом, при обрыве рабочего нуля в середине линии, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Позже такая система заземления позволила разработать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные почувствовать незначительный ток. Их работа и по сей день основывается на законах Кирхгофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току.

Также можно наблюдать систему TN-C-S, где разделение нулей происходит в середине линии, однако, в случае обрыва нулевого провода до точки разделения, корпуса окажутся под линейным напряжением, что будет представлять угрозу для жизни при касании.

Система TN-C-S

В системе TN-C-S трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с точкой заземления трансформаторной подстанции. Для обеспечения этой связи на участке трансформаторная подстанция — электроустановки здания применяется совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник (PEN), в основной части электрической цепи — отдельный нулевой защитный проводник (PE).

Система TT

В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически независимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

Система IT

В системе IT нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Ток утечки на корпус или на землю в такой системе будет низким и не повлияет на условия работы присоединенного оборудования. Система IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения, к которым предъявляются повышенные требования надежности и безопасности, например в больницах для аварийного электроснабжения и освещения.

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трехфазного тока; с глухозаземленным выводом источника однофазного тока; с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Как электрический ток действует на тело человека

Тело человека на три четверти состоит из воды. Вода является неплохим проводником электрического тока (правда, механизм проводника несколько иной, нежели у металлов – ионный). Прохождение электрического тока по телу человека сопровождается рядом неприятных явлений. На заземление и зануление электроустановок иногда тратятся огромные, в масштабах предприятий, средства, чтобы это действие предотвратить.

Электроны, двигаясь по живым тканям, вызывают их нагрев, жидкость, содержащаяся в клетках, мгновенно закипает. Кроме этого, электрический ток, воздействуя на нейронные окончания, вызывает конвульсивное спазматическое сокращение всех мышц. Судорога приводит к остановке сердца, к блокировке дыхания.

Для человека опасен проходящий по телу электрический ток от 0,1 А. А вот, какой величины он достигнет, зависит от ряда факторов: от сухости кожных покровов, качества контакта, напряжения, расположения точек «входа» и «выхода» электронов.

Самыми опасными «маршрутами» считаются следующие:

— рука – рука;

— правая нога – левая рука или наоборот;

— голова – любая часть тела.

Заземление и зануление в цепях переменного тока

По сути, ноль – провод синего цвета, промаркированный N. Зануление – это преднамеренное соединение либо средней точки в обмотке 3-х фазного генератора, либо соединение в нагрузке к рабочему нолю. Основных функций у зануления две: 1 – рабочая функция и 2 — защитная функция. Рабочая функция ярче всего проявляется в схеме распределения электроэнергии в многоквартирном доме. Изначально ввод электричества выполняется только с помощью трехфазного тока, который равномерно распределяется по квартире. В качестве примера допустим, что в одном конкретном подъезде имеется 36 квартир. Следовательно, распределение нагрузки должно быть произведено максимально сбалансированно и равномерно: на фазу A подключаем 12 квартир, на фазу В 12 квартир, а на фазу С, естественно, оставшиеся 12 квартир. Как бы не старались проектировщики сбалансировать схему потребления, практика однозначно говорит о том, что достичь баланса и равномерность нагрузки никогда на 100% не удается – кто-то тратит электричества больше, а кто-то меньше. Поэтому и была придумана линия N – рабочий ноль. Основная цель рабочего ноля – восстановить баланс напряжений по фазам, то есть не дать возникнуть перекосу напряжений. К слову, именно внезапное отключение нулевого проводника может привести к тому, что в некоторых квартирах возникнет молниеносный всплеск рабочего напряжения до отметки 380 В. На жаргоне электриков данное явление называют отгоранием или отвалом ноля.

Трехфазная система требует наличие заземления и зануления средней точки рабочих обмоток, соединенных по схеме звезда. Чтобы четко понимать разницу между занулением и заземлением, давайте обратимся к стандартной схеме включения нагрузки к трехфазному источнику питания по схеме Y (звезда). Если мы рассматриваем в качестве нагрузки трехфазный трансформатор, трехфазный асинхронный электродвигатель, трехфазную печь, то система будет функционировать, будучи подключенной с помощью трех проводов с фазами A, B, С и нулевого провода N. По сути, если мы рассматриваем электроустановки на производстве, то наличие четвертого проводника выполняет чисто защитные функции. При пробое изоляции обмоток трехфазного электродвигателя высокий потенциал устремляется на корпус устройства, который находится в прямой гальванической связи с проводом N, то есть рабочим нолем. Следовательно, при таком подключении произойдет короткое замыкание, что вызовет отключение трехфазного автомата защиты.

Чем отличаются между собой заземление и зануление?

Приобретая какой-либо электрический прибор, вы должны понимать, что ни одна техника не способна функционировать без сбоя. А поломка электрического устройства – нередкое и абсолютно обычное явление. И чтобы предотвратить перегрузку или замыкание, используются разные защитные элементы.

Однако случается так, что защитные аппараты не откликаются на неисправность устройства. Такое может произойти, если была нарушена внутренняя изоляция или на корпусе возникло сильное напряжение. Тут нужна защита для человека, который может попасть под напряжение, дотронувшись до поломанного устройства. Именно тут и используется зануление или заземление.

Отличия

Что собой представляет заземление?

• Оно было изобретено для защиты от дефектов путем снижения напряжения. Если говорить проще – уменьшить напряжение прикосновения до допустимо безопасной для человека величины.
• Для примера – возьмем торшер или настольный светильник. Корпус этого электрического прибора не подключен к заземлению.
  • В случае если будет нарушена изоляция, металлическая часть торшера или лампы попадет под напряжение. И тогда, когда вы приметесь совершить попытку прикоснуться к прибору, чтобы сменить лампочку, вы станете проводником и пропустите сквозь свое тело электрический ток.
  • А вот когда торшер заземлить, электрический ток будет идти в землю через провод. И при прикосновении концентрация напряжения в корпусе станет минимальной, поэтому сквозь ваше тело тока также пройдет минимум.

• Во всех многоэтажных домах и прочих жилых сооружениях, особенно в городе, оно централизованное. Поэтому без каких-либо опасений мы может подключать все электрические приборы.

  Но даже в частном секторе или в сельской местности организовать заземление весьма просто – необходимо подключить ко всем приборам и проводам в доме заземляющий стержень. Чаще используют профиль из металла.

• Заземленные устройства бывают нескольких типов, в зависимости от назначения:
  • те, что отводят импульсный ток молнии (используются при заземлении молниеотводов);
  • устройства для поддержания нормального режима функционирования электроустановок;
  • устройства для избегания травмирования людей и животных электрическим током.

Заземляющий контур защиты дома

А что же такое зануление?

Очень часто рядом с понятием «заземление» используется термин «зануление». По применению эти понятия выполняют одну и ту же функцию – защита человека от удара электрическим током. Но выполняют эту задачу по-разному.

• Зануление представляет собой присоединение металлических элементов установки с электричеством к нулю.
• Чаще используется в промышленных установках. Также к занулению прибегают для защиты высотных домов. Но только в том случае, если провести там качественное заземление практически невозможно. И чаще всего это еще постройки старого плана, поэтому встречается крайне редко.
• Зануление используется, чтобы при повреждении изоляции совершалось короткое замыкание, которое бы приводило к срабатыванию автоматического выключения защитного автомата или других систем защиты.
• В связи с этим подобный метод защиты используется в промышленности, поскольку подходит для оперативного отключения электричества в аварийных ситуациях.
• Зануление работает по следующему принципу: в устройстве образуется замкнутый круг между потоком и нулем, в случае повреждения происходит короткое замыкание. На него реагируют устройства защиты, например, предохранители, и прибор автоматически отключается от источника питания.

Общая характеристика