Заземление и зануление

Содержание

Заземление

Начнем с разбора каждой системы по отдельности.

Так, заземление – это преднамеренное соединение электрической сети, прибора или оборудования со специальной конструкцией, закопанной в землю посредством нулевого проводника.

По сути, это единая система, соединяющая между собой токопроводящие элементы приборов и оборудования (к примеру, их корпусы), подсоединенные к ним провода, и штыри, закопанные в землю (контур).

Благодаря высокому сопротивлению контура при касании фазного провода на корпус в случае пробоя, большая часть напряжения уходит в землю, и хоть потенциал все же будет оставаться на корпусе, но его значение будет значительно сниженным и неопасным для человека.

Международный стандарт, разработанный МЭК, включает в себя несколько систем заземления, различия между которыми сводится к разным видам заземления источника питания (генератора или трансформаторной подстанции), и заземления открытых участков сети, приборов.

В стандарт входит три системы – TN, TT и IT.

Первая буква индекса указывает на тип заземления источника (T – «земля), получается, что в первых двух системах трансформаторная подстанция подключается к заземляющему контуру.

Что касается третьей (IT), то у нее источник питания заизолирован, либо же подключен к прибору, обеспечивающему высокое сопротивление (I – изоляция).

Вторая буква индекса указывает на тип заземления открытых участков сети. В системе TN (N — нейтраль) эти участки соединены с нейтральным проводником источника, подключенного к заземляющему контуру (глухое заземление нейтрали).

Для соединения оборудования и приборов используются рабочий (N) и защитный (PE) нулевые проводники.

Что касается двух других систем – TT и IT, то второй буквенный индекс указывает на то, что открытые участки сети, оборудование и приборы заземляются своим отдельным контуром.

В свою очередь система TN делится на подсистемы, их три – TN-C, TN-S, TN-C-S.

Различия между ними сводятся к использованию разных защитных проводников, которыми потребители соединяются с нейтралью источника.

В подсистеме TN-C используется объединенный проводник (PEN), совмещающий в себе и рабочий, и защитный «нуль». Эта подсистема является уже устаревшей, поэтому при укладке новых электросетей она не используется.

Подсистема TN-S отличается тем, что у нее рабочий и защитный «нули» — это разные проводники. То есть, к нейтрали подключается N-проводник, а к заземляющему контуру – PE-проводник, хоть они совмещены на источнике питания.

Третья подсистема – TN-C-S является промежуточным звеном между первыми двумя подсистемами. У нее от нейтрали отходит PEN-проводник, то есть нулевые проводники объединены, но на определенном участке сети они разделяются и к потребителям подходит отдельно рабочий и защитный «нули». После разделения защитный «нуль» дополнительно заземляется.

Более подробно о системах заземления, их достоинствах и недостатках можно почитать здесь https://elektrikexpert.ru/sistemy-zazemlenij.html.

Требования, выдвигаемые заземлению достаточно серьезные. Ведь оно должно обеспечить отвод опасного напряжения с прибора или оборудования в случае пробоя.

Заземление в обязательном порядке делается для сетей, в которых напряжение выше 42 В переменного тока или 110 В – постоянного тока.

Поэтому при проектировании должны правильно подбираться части сети и оборудования, которые подлежат обязательному заземлению, осуществляться контроль за тем, чтобы заземляющая цепь нигде не прерывалась.

Серьезно подходят и к выбору проводников, их сечение должно обеспечивать соответствующую пропускную способность.

Все требования, которые выдвигаются системам заземления прописаны в ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

Здесь можно подробнее узнать, как сделать заземление в частном доме.

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:

Рабочий тип разработан для обеспечения работоспособности оборудования, как в обычных условиях, так и в условиях непредвиденных ситуаций;
Защитный тип обеспечивает защиту обслуживающего персонала в случае пробоя токоведущих элементов на корпус;
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:

По периметру помещения обустраивается отдельная линия (трасса), выполненная из узкой металлической полосы 40х3 мм или медного провода сечением 16 мм.кв.
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.
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
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.

Что такое заземление защитное

Заземлением называют соединение частей электроустановки со специальным заземляющим устройством. Заземляющее устройство — это специальная металлическая конструкция, призванная принимать на себя напряжение от электроустановок и снижать его до минимальных значений, безопасных для человека.

Заземляющее устройство должно обладать наименьшим сопротивлением во всей электроцепи. В многоквартирных домах устанавливается централизовано и не требует дополнительной установки в каждой квартире, в отличие от частного сектора, где заземляющее устройство, как правило, вкапывают в землю и присоединяют к нему всю электросеть.

Заземление, в зависимости от его использования, делят на три вида:

грозозащитное заземление (молниезащита) – молниеотвод, может спасти ваш дом при попадании в него молнии;
рабочее заземление – применяется в электрических установках (как правило на производстве), обеспечивает нормальную работоспособность оборудования даже в аварийных ситуациях;
защитное заземление – то самое заземление, которые мы рассматривали в статье. Снижает уровень напряжения и защищает человека от негативного воздействия тока в случае утечки. Применяется в многоквартирных и частных домах.

Основные способы устройства заземления

Конструктивное исполнение устройств может существенно отличаться. При выборе подходящего варианта следует обязательно учитывать, как работает заземление. Система не должна бояться негативного воздействия внешней среды. Выбор может быть сделан в пользу одной из следующих конструкций:

Кольцевой, когда элементы системы располагаются вокруг дома, образуя своеобразное кольцо;
Фундаментальной. Такой тип может быть выбран на начальном этапе строительства, поэтому его планировка прорабатывается наиболее тщательно с учетом всех нюансов. Элементы, к которым будут крепиться токоотводящие металлические проводники должны выступать за контуры возводимого строения;
Глубинной. Метод, не предъявляющий особых требований. Однако при его устройстве следует обязательно учитывать особенности почвы на участке, чтобы определиться с оптимальной глубиной залегания электропровода. При выполнении работ своими силами такой тип наиболее предпочтителен, так как отличается доступностью и простотой монтажа.

Глубинный тип самый простой и доступный

Статья по теме:

Разница между занулением и заземлением

Между занулением и заземлением имеются отличия:

В случае заземления лишний ток и появившееся на корпусе напряжение перенаправляются в грунт. Принцип действия зануления основан на обнулении на щитке.
Заземление более эффективно с точки зрения защиты человека от удара током.
Заземление основано на быстром и значительном уменьшении напряжения. Тем не менее, какое-то (уже неопасное) напряжение остается.
Зануление заключается в создании соединения между металлическими деталями, в которых отсутствует напряжение. Принцип зануления основан на умышленном создании короткого замыкания при пробое изоляции или попадании тока на нетоковедущие части электроустановок. Как только происходит замыкание, в дело вступает автоматический выключатель, перегорают предохранители или срабатывают иные средства защиты.
Заземление чаще всего используют на линиях с изолированной нейтралью в системах типа IT и TT в трехфазных сетях, где напряжение не превышает тысячи вольт. Заземление применяют при напряжении более тысячи вольт с нейтралью в любом режиме. Зануление используют в глухозаземленных нейтралях.
При занулении все элементы электроприборов, не находящиеся в стандартном режиме под напряжением, соединяются с нулем. Если фаза случайно коснется зануленных элементов, резко увеличивается ток и отключается электрооборудование.
Заземление не зависит от фаз электроприборов. Для организации зануления требуется соблюдение жестких условий подключения.
В современных домах зануление применяется редко. Однако этот способ защиты все еще встречается в многоэтажных домах, где по каким-либо причинам нет возможности организовать надежное заземление. На предприятиях, где имеются повышенные нормативы по электробезопасности, основной способ защиты — зануление.

Что такое заземление, принцип действия и устройство

При создании электросети, в помещениях различного назначения, требуется создание защиты, которая предотвратит вероятное поражение током. Чтобы избежать этого выполняется устройство заземления. В соответствии с ПЭУ п.1.7.53 заземление выполняется в электрооборудовании с напряжением более 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

Шина заземления от ГРЩ к потребителю

Заземление – намеренное соединение нетоковедущих металлических частей электроустановок (которые могут оказаться под напряжением) с землей или ее эквивалентом. Данная защитная мера предназначена для исключения вероятности поражения человека электротоком при замыкании на корпус оборудования.

Принцип действия

Принцип работы защитного заземления заключается в:

снижении разности потенциалов, между заземляемым элементом и другими токопроводящими предметами с естественным заземлением, до безопасного значения;
отвод тока в случае непосредственного контакта заземляемого оборудования с фазным проводом. В грамотно спроектированной электросети возникновение тока утечки вызывает мгновенное срабатывание устройства защитного отключения (УЗО).

Схемы заземления в трехфазных сетях

Из вышесказанного следует, что заземление имеет большую эффективность при использовании в комплексе с УЗО.

Устройство заземления

Конструкция системы заземления состоит из заземлителя (проводящая часть, которая имеет непосредственный контакт с землей) и проводника, обеспечивающего контакт между заземлителем и нетоковедущими элементами электрооборудования. Обычно в качестве заземлителя используется стальной или медный (очень редко) стержень, в промышленности это как правило, сложная система, состоящая из нескольких элементов специальной формы.

Эффективность системы заземления во многом определяется величиной сопротивления защитного устройства, которую можно уменьшить, повышая полезную площадь заземлителей или увеличивая проводимость среды, для чего задействуется несколько стержней, повышается уровень солей в земле и т.п.

Заземляющее устройство это…

Выше мы рассмотрели в общих чертах, что такое защитное заземление. Однако стоит упомянуть, что используемые в системе заземлители различаются на естественные и искусственные.

В качестве устройств заземления в первую очередь предпочтительнее использовать такие естественные заземлители, как:

трубы водоснабжения, находящиеся в грунте;
металлоконструкции зданий и сооружений, имеющие надежный контакт с землей;
обсадные трубы артезианских скважин;
металлические оболочки кабелей (исключение составляет алюминий).

Вариант использования трубы в качестве естественного заземлителя

Естественные заземлители должны иметь соединение с защитной системой из двух и более разных точек.

В роли искусственного заземлителя может использоваться:

стальная труба с толщиной стенок 3,5 мм и диаметром 30÷50 мм и длиной порядка 2÷3 м;
стальные полосы и уголки толщиной от 4 мм;
стальные пруты длиной до 10 и более метров и диаметром от 10 мм.

Использование металлических полос в качестве искусственного заземлителя

Для агрессивных почв необходимо использование искусственных заземлителей с высокой устойчивостью к коррозии и изготовленных из меди, оцинкованного или омедненного металла. Итак, мы разобрались с тем, что является определением понятия искусственного и естественного заземлителя, теперь же рассмотрим, когда применяется заземление.

Предлагаемое видео наглядно объясняет, что такое защитное заземление:

Электробезопасность – защитное заземление, зануление и случаи их использования

При формировании электрической установки любого объекта следует уделить должное внимание безопасности системы. В частности, необходимо обязательно организовывать контур заземления, который будет отводить накопленный потенциал с корпусов приборов при утечке электроэнергии

Основные виды систем, с помощью которых можно организовать электробезопасность – защитное заземление, зануление, которые позволяют решать одну и ту же проблему различными способами.

Применение зануления является обязательным, когда имеется глухозаземленная нейтраль трансформатора подстанции, которая представляет собой проводник PEN. Если же имеется глухоизолированная нейтраль (проводники PEи N), можно обойтись без данного технического решения. Чаще всего зануление применяется в квартирах многоэтажных домов, а также в частных домах, являющихся частью коттеджного городка или иного поселения с высокой плотностью застройки. Вне зависимости от того, какой способ защиты установки применяется, вам потребуется регулярное проведение электроизмерений для получения сведения об эффективности работы контуров безопасности.

Что, как и откуда берётся

Известно, что электричество производят электростанции. От них электрический ток напряжением десятки и сотни тысяч вольт идет по трём проводам-фазам к потребителю.

Напряжение столь велико потому, что по законам физики, чем выше напряжение, тем меньше потери при передаче на большие расстояния.

Затем понижающие трансформаторные подстанции преобразуют высокое напряжение в гораздо более низкое (но все равно опасное), и по проводам или подземным кабелям оно придет в наш дом.

Ток должен к электроприбору прийти, сделать полезную работу и уйти. В случае переменного напряжения, используемого в быту, для этого служат фазный (подача) и нулевой провода. Откуда электрический ток приходит, понятно; но куда же уходит электричество? В землю! Немного упрощенно, но по большому счету так и есть. Именно в землю.

Трансформатор подстанции имеет заземление, подключенное к отдельному проводу линии. Это и есть тот самый «ноль» в наших → розетках. Особо любознательные могут убедиться в этом, осмотрев обычную трансформаторную подстанцию с воздушными линиями. Вошло 3 провода, вышло 4. На входе – три фазы высокого напряжения, на выходе – три фазы низкого напряжения и нулевой провод.

А теперь перейдем к главному — защите человека.

Определение понятий

Под заземлением принято понимать использование специальных конструкций, которые соединяют электропроводку дома или отдельные приборы с землёй. Благодаря наличию такой защиты прикосновение к поверхностям, которые находятся под напряжением, не приведет к летальному исходу, а удар тока будет минимальным. Изготавливается защита с электрооборудованием, имеющим изолированную нейтраль. Заземляющие устройства могут выполняться целой группой проводников, соединяющих с землей токопроводящие элементы.

Заземление электрооборудования также увеличивает аварийные токи замыкания, что необходимо в тех случаях, когда имеющаяся защита срабатывает при попадании под напряжение нетоковедущих частей. Это позволяет предупредить выход оборудования из строя при замыканиях, неквалифицированном ремонте и вмешательстве в электросети. Сегодня принято выделять несколько разновидностей заземления:

рабочий тип обеспечивает бесперебойную работу электрооборудования в штатном и аварийном режиме;
защитный тип обеспечивает безопасность электроустановок, предупреждая пробой на корпус и рабочую поверхность токоведущих проводов;
грозозащитный тип отводит молнию от зданий, уводя разряд в землю, предупреждает повреждение электрооборудования и возгорание строений.

Принято также различать искусственно изготовленное и естественное заземление. Первое выполняется для защиты сооружений и электроприборов от повышенного напряжения. Такие устройства состоят из металлического стержня, провода, труб некондиционного типа и стальных уголковых приспособлений. Естественное заземление также изготовлено человеком, однако изначально оно не предназначается для защиты от повышенного напряжения. В качестве него можно рассматривать железобетонные сооружения, трубопроводы, обсадные трубы и т. д.

Зануление также обеспечивает необходимую защиту электрооборудования, предупреждая его выход из строя из-за замыканий и перенапряжения в сети. Такой вид работ отличается от заземления принципом монтажа и назначением. Зануление подразумевает подключение токопроводящих элементов к корпусу электроприбора или металлическим деталям. Для обеспечения безопасности обязательно соединение с нейтралью, которая является источником трехфазного пониженного напряжения.

Основной задачей зануления является защита электрооборудования и рабочего персонала от поражения током за счёт срабатывания автоматического коммутационного оборудования. Принцип работы такой защиты заключается в создании искусственных коротких замыканий при попадании тока на корпус техники или в случаях пробоя изоляции. Возникновение короткого замыкания приводит к срабатыванию:

предохранителей;
автоматических выключателей;
специальной защиты от короткого замыкания.

Заземление отличается от зануления применением специального оборудования, которое использует нейтраль и за счёт коротких замыканий разрывает цепь, предупреждая серьёзное поражение электрическим током. Особенностью зануления является необходимость высокой мощности тока нулевого провода, за счёт которого происходит короткое замыкание. Только в этом случае можно обеспечить стопроцентную вероятность защиты от поражения электричеством при наличии проблем в электроснабжении. Если мощности нулевого провода и токов короткого замыкания недостаточно, это приводит к появлению повышенного напряжения в электрооборудовании.

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.

Заземление и зануление