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.
Заземляющее устройство – что это: будет интересно каждому
Заземляющее устройство – это система, включающая непосредственно заземлитель и заземляющие проводники, которые используются для соединения бытовой техники с заземлителем. Заземляющие устройства принято разделять на следующие типы:
- Рабочий, позволяющие обеспечить бесперебойную работу оборудования;
- Защитный. Обеспечивает безопасную работу приборов;
- Грозозащитный, позволяющий отвести разряд молнии в молниеотвод или разрядник.
Также заземление принято делить на:
- Искусственное, изготавливаемое специально для защиты от напряжения. Состоит из металлических стержней и провода, труб некондиционного типа, стальных уголков. Специалисты рекомендуют выбирать стальные полосы или уголки толщиной минимум 4 мм, пруты диаметром от 10 мм и длиной более 10 м;
- Естественное. Такие металлические конструкции изначально изготавливались для других целей, но могут использоваться для защиты от напряжения. Тем, кто впервые столкнулся с понятием естественный заземлитель, что является определением данного термина – будет интересно. Сюда относятся изделия из железобетона, трубопроводы, осадные трубы. Исключение составляют системы, предназначенные для транспортировки газа и горючей жидкости.
Заземляющее устройство может быть в виде полосы
В условном обозначении к заземляющему устройству можно определить его тип. Первая буква показывает:
- Т – источник питания соединяется с землей напрямую;
- I – токоведущие элементы изолируются от земли.
Второй символ в условном обозначении показывает:
- Т – открытые детали, находящиеся под напряжением, должны быть заземлены, независимо от их связи с грунтом;
- N – открытые части, находящиеся под напряжением, защищаются от источника питания через глухозаземленную нейтраль.
Буквы, следующие в условном обозначении через тире после N, отражают характер связи и метод обустройства проводников:
- S – защиту РЕ нулевого и N-рабочего проводников выполняют раздельными проводами;
- С – защита выполнена одним проводом.
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.
Разберем ситуацию со схемами
С точки зрения протекания электрического тока, отличия между заземлением от занулением нет. Нулевой провод в любом случае имеет электрический контакт с физической землей.
Соответственно, при замыкании фазы на корпус, произойдет то самое короткое замыкание, и сработает отключение защитного автомата. Разумеется, (при условии правильного подключения: розетка должна иметь третий земляной контакт, как и электроприбор. По этой причине, электрики, нарушая требования Правил устройства электроустановок, часто разводят земляную шину от нулевого контакта вводного щитка.
Представим ситуацию, когда нулевой провод по какой-то причине разорван:
- потеря контакта по причине коррозии (в старых многоэтажках это рабочая ситуация);
- механический разрыв кабеля вследствие ремонтных работ с нарушениями технологии (к сожалению, тоже не редкость);
- несанкционированное вмешательство доморощенного «электрика»;
- авария на подстанции (возможно отключение только нулевой шины).
На схеме это выглядит следующим образом:
При организации защитного зануления, электрическая цепь между физической «землей» и контактом заземления электроприбора разрывается. Установка становится беззащитной. Кроме того, свободная фаза без нагрузки может создать потенциал, равный входному напряжению на ближайшей подстанции. Как правило, это 600 вольт. Можно представить, какой ущерб будет нанесен включенному в этот момент электрооборудованию. При этом утечки тока на физическую землю нет, и защитный автомат не сработает.
Представьте, что в этот момент, вы одновременно коснетесь фазы (пробой на корпус электроустановки), и металлического предмета, имеющего физическую связь с грунтом (водопроводный кран или батарея отопления). Можно получить поражение электротоком при напряжении 600 вольт.
А теперь посмотрим, в чем разница между заземлением и занулением (на нашей схеме). При разрыве нулевой шины, просто пропадет питание на всех электроустановках в этой цепи. Поражения электротоком не будет, ни при каких обстоятельствах: электрическая цепь между физической землей и контактом заземления электроприборов не нарушена. Здоровье мы уже сохранили. Теперь посмотрим, что произойдет с электроустановками. Максимум ущерба — это перегоревшая лампа накаливания, ближайшая к вводному щитку. Причем неприятность произойдет лишь в случае повышения напряжения на фазном проводе. Сила тока возрастет (согласно закону Ома), сработает автомат защиты, и возможно, остальные электроприборы не пострадают.
Именно по этой причине, ПУЭ жестко предписывают: защитное заземление и зануление электроустановок должно быть организовано независимо друг от друга, с помощью разных линий.
Для справки: Обычно используется цветовая маркировка проводов:
- Фаза — коричневого или белого цвета.
- Рабочий ноль — синего цвета.
- Защитное заземление — желто-зеленая оболочка.
Если у вас жилье современной постройки, значит зануление и заземление выполнено согласно Правилам устройства электроустановок. Это легко проверить, взглянув на вводной кабель в щитке. Кроме того, вы сами можете проверить правильность подключения.
Заземление и зануление: отличие друг от друга
Рис 1
Заземление и зануление нужны для отвода напряжения, только происходит это различными способами (Рис 1). В конце статьи приведены схемы подключения TN — C, TN — S, TN — C — S.
Отличие первое – способ утилизации тока
Разница состоит в том, что зануление способствует мгновенному отключению электричества при касании человеком электро шнура или прибора, отводя ток однофазного короткого замыкания на вводной щит, а заземление мгновенно отводит опасное напряжение в почву.
Отличие второе – особенности монтажа
Монтаж заземления и зануления имеет разные степени сложности.
Устройство заземления в частном строении влечет за собой определенные монтажные работы, занимающие в среднем до одного рабочего дня. Приобрести готовые комплекты модульно-штыревого (глубинного) заземления либо выполнить их самостоятельно из допустимых материалов, четко следуя указаниям производителя либо требованиям к заземлению – довольно несложно. Непосредственно заглубление заземлителя можно доверить сервисным службам, имеющим специальное оборудование либо обойтись своими силами, обладая достаточным опытом и физической силой.
Относительно зануления, то сам по себе монтаж контура зануления выглядит нетрудоемким, но не стоит обманываться: при отсутствии должной квалификации электромонтера минимальный промах и незнание могут обернуться бедой.
Отличие третье – защита человека
Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), зануление может быть применено только для промышленных установок и не является в полной мере гарантией безопасности. При попадании фазы на открытую часть электроприбора или оборудования, ток никуда не девается. Происходит контакт двух фаз и короткое замыкание. Нейтраль нужна для скорого срабатывания защитного автомата при замыкании, но не для защиты человека от электроудара. Поэтому зануление рекомендуется к использованию на производстве, где при аварии требуется незамедлительное отключение питания.
Отличие четвертое – требования к профессионализму наладчика
Когда организуется зануление, то для того, чтобы верно распознать нулевые точки и подобрать способ защиты, крайне необходимо участие профессионального электрика. А вот грамотно собрать контур заземления и погрузить его в грунт по силам большинству домашних умельцев.
К сожалению, на практике довольно часто можно столкнуться с результатами вопиющей некомпетентности в вопросах зануления и электробезопасности в целом, беря во внимание, как частных наладчиков, так и электриков сервисных служб. А вот типичные и очень опасные ошибки кустарного зануления:
А вот типичные и очень опасные ошибки кустарного зануления:
- подключение электроприбора с занулением к незануленному щиту;
- подсоединение заземляющего контакта розетки к «нулевому» автомату;
- установка в розетке перемычки, соединяющей нулевой и защитный контакты;
- выполнение зануления в двухпроводной системе и др.
Заземление
А вот теперь основной вопрос, чем отличается заземление от зануления? Все дело в установке дополнительных защитных устройств. Чтобы добиться безопасной эксплуатации бытовых электрических приборов, в распределительный щит необходимо вмонтировать или УЗО (устройство защитного отключения), или дифференцированные автоматические выключатели. Оба вида устройств имеют в своей конструкции специальный рабочий орган, который выравнивает силу тока в фазном и нулевом проводе.
Схема подключения заземления
- Если сеть и бытовые приборы работают в штатном режиме, то токи в разных контурах одинаковы по величине, но протекают в разных направлениях: по фазе в квартиру, по нулю из нее. То есть, вся система сбалансирована, поэтому бытовые приборы работают хорошо по номинальным параметрам.
- Если в любом месте электрической системы произошел разрыв изоляции (провода, бытовые приборы, автоматы и так далее), ток начинает движение к земле. При этом этот ток проходит мимо проводника нуля. То есть, заземление перестает действовать. В рабочем органе УЗО или дифференцированного автомата происходит нарушение баланса. Как только нарушение начинается, сразу же срабатывает защитное устройство, которое разъединяет контакты. Электричество в систему перестает подаваться.
И еще один момент, который касается защитного заземления и зануления. Специалисты рекомендуют устанавливать отдельный контур, в который монтируется так называемый РЕ-проводник. Его специально выводят за пределы распределительного щита и устанавливают около розетки в гнезде. При этом розетка должна быть трехфазной: фаза, ноль и земля. Проводник соединяется с «землей».
Обратите внимание, что вилка от бытового прибора при включении в розетку сначала касается «земли», а затем двух основных фаз. То же самое происходит и в момент выключения: сначала выводятся фазы, затем в последнюю очередь земля
Это гарантия, что в случае короткого замыкания в самом бытовом электрическом приборе не произойдет сбой всей системы за счет повышенного действия силы тока в ней.
Обычно УЗО устанавливается в распределительном щитке после основного вводного автомата. Необходимо учитывать тот момент, что устройство защитного отключения не защищает электрическую сеть от короткого замыкания проводов. Вероятность, что это устройство само выйдет из строя по этой причине, очень велика
Поэтому так важно скорректировать параметры вводного автомата с параметрами самого УЗО. Оптимальный же вариант – установить перед устройством еще один автомат, который по параметрам будет идентичен защите
Кстати, необходимо отметить, что УЗО с автоматом для него – это, по сути, обычный дифференциальный автомат. Последний стоит дороже защитного устройства, но по размерам намного компактнее.
Теперь вы можете понять, в чем отличия заземления и зануления.
Конструкция контура
Составные части
Уже упоминавшееся ранее сопротивление заземления (Rз) контура – основной параметр, контролируемый на всех этапах его эксплуатации и определяющий эффективность его применения. Эта величина должна быть настолько малой, чтобы обеспечить свободный путь аварийному току, стремящемуся стечь в землю.
Обратите внимание! Важнейшим фактором, оказывающим решающее влияние на величину сопротивления заземления, является качество и состояние грунта в месте обустройства ЗУ. Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:
Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:
- В её составе необходимо предусмотреть набор металлических прутьев или штырей длиной не менее 2-х метров и диаметром от 10-ти до 25-ти миллиметров;
- Они соединяются между собой (обязательно на сварку) пластинами из того же металла в конструкцию определённой формы, образуя так называемый «заземлитель»;
- Кроме того, в комплект устройства входит подводящая медная шина (её ещё называют электротехнической) с сечением, определяемым типом защищаемого оборудования и величиной токов стекания (смотрите таблицу на рисунке ниже).
Таблица сечений шин
Эти составляющие устройства необходимы для соединения элементов защищаемого оборудования со спуском (медной шиной).
Различие по месту устройства
Согласно положениям ПУЭ, защитный контур может иметь как наружное, так и внутреннее исполнение, причём к каждому из них предъявляются особые требования. Последними устанавливается не только допустимое сопротивление контура заземления, но и оговариваются условия измерения этого параметра в каждом частном случае (снаружи и внутри объекта).
При разделении систем заземления по их местонахождению следует помнить о том, что лишь для наружных конструкций корректен вопрос о том, как нормируется сопротивление заземлителя, поскольку внутри помещения он обычно отсутствует. Для внутренних конструкций характерна разводка по всему периметру помещений электротехнических шин, к которым посредством гибких медных проводников подсоединяются заземляемые части оборудования и приборов.
Для элементов конструкций, заземлённых снаружи объекта, вводится понятие сопротивления повторного заземления, появившееся вследствие особенной организации защиты на подстанции. Дело в том, что при формировании нулевого защитного или совмещённого с ним рабочего проводника на питающей станции нейтральная точка оборудования (понижающего трансформатора, в частности) уже заземляется один раз.
Поэтому когда на ответном конце того же провода (обычно это PEN или PE шина, выводимая непосредственно на щиток потребителя) делается ещё одно местное заземление, его с полным основанием можно назвать повторным. Организация этого вида защиты показана на рисунке ниже.
Повторное заземление
Важно! Наличие местного или повторного заземления позволяет подстраховаться на случай повреждения защитного нулевого провода PEN (PE – в системе электропитания TN-C-S). Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля»
Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля».
Отличие заземления от зануления
Наряду с заземлением вам наверняка приходилось слышать такой термин как зануление.
Занулением — называется соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с нулем (нулевым проводником сети).
По своему назначению заземление и зануление выполняют одну и туже задачу – защищают человека от поражения электрическим током. Однако обеспечивают они эту защиту немного разными способами. В сетях с занулением происходит отключение от сети электрооборудования, корпус которого из-за пробоя изоляции оказался под напряжением.
Рассмотрим пример, в котором обеспечивается защита электроустановки с помощью зануления.
Как видно из рисунка при пробое фазы на соединенный с нулем корпус возникает замкнутый контур между фазой и нулем, то есть однофазное короткое замыкание. На возникшее короткое замыкание реагируют защитные устройства, такие как автоматы или предохранители, в результате происходит отключение поврежденной электроустановки от источника питания.
Рассмотренные выше примеры дают возможность сделать вывод что:
- — заземление осуществляется защиту снижением напряжения прикосновения.
- — зануление осуществляется защиту отключением электроустановки от сети.
Наверняка у вас возникал вопрос в каких случаях выполняют защиту заземлением, а в каких занулением. Применение в разных случаях заземления и зануления вызвано разными системами заземления электроустановок. В электроустановках напряжением до 1000 В применяются пять систем заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.
Зануление используют в качестве защиты в таких системах, в которых присутствует PEN, PE или N проводник. Это сети с глухо заземленной нейтралью, TN-C, TN-S и TN-C-S.
Заземление применяют в электроустановках с системами заземления TT и IT.
Рассмотренные выше способы заземления и зануления больше подходят для применения в промышленных электроустановках на производстве. Более детально рассмотреть подключение и монтаж заземления для бытовых электроустановок можно здесь: заземление в квартире и заземление в частном доме .
