Electricdom.ruЗаземление и зануление электроустановокPost navigationРубрики

Принцип действия защитного заземления. Понятие о шаговом напряжении. Защитное заземление, понятие о шаговом напряжении.

Корпус
любой электроустановки, в частности
электродвигателя в нор­мальном
состоянии не находится под напряжением
благодаря изоляции от токоведущих
частей. Однако в случае повреждения
изоляции любая из частей корпуса может
оказаться под напряжением, под которое
неожиданно может попасть человек.

Для
уменьшения опасности поражения
электротоком все установок заземляют.

Сеть
с изолированной нейтралью.

Заземление
состоит из заземлителя (стержень из
уголковой стали, вертикально забитый
в землю) и проводов соединяющих
заземлитель с электроустановкой.
Сопротивление заземления не должно
превышать 10 Ом.

Назначение
заземления — максимально уменьшить
напряжение, под которое может попасть
человек.

При
отсутствии заземления и пробое фазы
на корпус двигателя последний будет
находиться под напряжением 220 В. При
сопротивлении R_чел
= 1000 Ом через человека пойдет ток силой
220 мА — это смертельно. Если двигатель
заземлить, то большая часть тока потечет
с двигателя через заземлитель на землю,
а ветвь «двигатель-человек-земля»
будет значительно разгружена, по ней
потечет не опасный для человека ток,
так как сопротивление человека, примерно
в 100 раз больше сопротивления заземления.

В
ряде помещений (теплицы, фермы и др.)
отмечаются повышенная влажность,
запыленность, агрессивные пары и газы.
В таких условиях изоляция электропроводов
быстро выходит из строя, что сопровождается
частым замыканием электропроводок на
корпус. В итоге на нем появляется
потенциал по отношению к земле или
влажному полу помещений. С целью защиты
человека и животных в названных условиях
используют метод
выравнивание
электрического потенциала,
заключающееся в снижении напряжений
прикосновения и шага между точками
электроцепи, к которым возможно
одновременное прикосновение или на
которых могут одновременно стоять
человек и животное. Для этого металлические
детали транспортеров, стойла и
трубопроводы соединяют со стальной
полосой или проволокой диаметром не
менее 8 мм, которые укладывают в полу
фермы на слой песчаной или щебеночной
подушки перед заливкой его бетоном. По
торцам помещения проводники присоединяют
к металлоконструкциям фермы на высоте
300 — 500 мм (при этом выводы выравнивающих
проводников в местах их выхода из пола
изолируют друг от друга). Целость каждой
цепи выравнивающих проводников проверяют
раз в шесть месяцев, при этом сопротивление
в местах креплений не должно превышать
1 Ом.

Понятие
о шаговом напряжении.

При
прохождении электрического тока с
заземлителя в землю, на поверхности
земли возникают электрические потенциалы,
величина которых уменьшается по мере
удаления от заземлителя. Если в момент
прохождения тока через заземлитель
около него будет находиться человек
или животное, то он может оказаться под
действием разности электрических
потенциалов, в результате чего по его
телу пройдет электроток. Разность
потенциалов (напряжение) между двумя
точками поверхности земли, отстоящими
друг от друга на расстоянии шага (0,8 м)
называется
шаговым напряжением.
Для животных оно выше, чем для человека.
Чем больше величина шага и чем ближе
человек находиться к заземлителю, тем
больше опасность поражения шаговым
напряжением.

Шаговое
напряжение может возникнуть вследствие
удара молнии в землю, в дерево, также
около упавших на землю электропроводов,
находящихся под напряжением. Это
напряжение вызывает судороги ног,
человек падает и попадает под еще
большее напряжение «ноги-руки». В
радиусе R
=
20 м шаговое напряжение = 0.

Меры
безопасности: не приближаться к местам
падения не обесточенных проводов. Если
попали под напряжение — нужно выйти из
опасной зоны мелкими шагами или прыгать
на одной ноге. Сориентироваться где
источник.

Область применения

Применяется защитное зануление в электрических приборах и установках с четырехпроводными электрическими сетями и с напряжением до 1 кВ:

• в электросетях с переменным током и с одной фазой, у которых вывод заземлен;
• в электросетях с постоянным током, у которых средняя точка источника заземлена;
• в электросетях с переменным током и с тремя фазами, у которых заземлен ноль (TN – S), это сети, как правило, следующие: 220/127, 660/380, 380/220 В.

Применение электросети, у которой напряжение 380/220, возможно во всех сооружениях, у которых защитное зануление электрических приборов обязательное. Если это жилые помещения, у которых сухие полы, то такую защиту делать нет необходимости.

Электроустановки с напряжением 220/127 В и их защитное зануление получило применение в специальных помещениях, где возможно поражение электрическим током. В наружных электроустановках, которые находятся в опасных помещениях, зануляются металлические части к которым рабочий персонал может прикоснуться во время рабочего процесса.

Системы заземления и зануление

Буква T, стоящая на первом месте, означает то, что рабочий проводник заземлён, а I – что изолирован от грунта. Последнее часто применяется, например, в системах сверхнизкого безопасного напряжения. Такие используются (по ГОСТ Р 50571.11) в ванных комнатах и прочих сходных по назначению помещениях. В частности, речь идёт сейчас о разделительном трансформаторе, ни одна из точек вторичной обмотки которого не должна быть заземлена (в противном случае теряется сам смысл использования данной меры защиты).

Не сложно понять, что для решения практических задач нужно хорошо знать теорию. Это видно на приведённом примере с ванной комнатой. У электриков имеются многие типичные ошибки, но в контексте этого обзора рассматриваются именно системы заземления, как тесно связанные с занулением. Системы с изолированной нейтралью IT какое-то время являлись доминирующими в Европе. Зануление в этом случае не применяется вовсе. Разве что на стороне источника, но к потребителю это никакого отношения не имеет.

Потребность в заземлении возникла в те десятилетия, когда активно развивались радиовещание и телевидение. Оказалось, что без соединения экрана с грунтом часть волн проходит сквозь щит. А это не только помехи, но и большие потери энергии. Следовательно, приборы на стороне потребителя стали нуждаться в заземлении (и занулении). Помимо прочего, когда радиоволна (в том числе частоты сети 50 Гц) выходит в эфир, то человек, подвергшийся её влиянию, получает некоторый урон своему здоровью.

Различие между системами

С другой стороны местное заземление (глухозаземленная нейтраль) возможно лишь в тех случаях, когда нагрузка по фазам симметрична. Тогда на грунт идёт лишь малый ток. В случае многоэтажек ни о какой симметрии не может быть и речи, потому что соседи едва ли станут договариваться о совместном включении тех или иных приборов и выключении других. Посему слишком дорого было бы замыкать контур питающего трансформатора через почву. Это не только привело бы к различным потенциально опасным ситуациям (см. шаговое напряжение ), но и увеличило бы потери на порядки. В результате возникает необходимость в нейтрали: типичный случай, когда по столбу идут 4 провода, лишь три из которых фазные.

Особое внимание следует обращать на зануление микроволновых печей. Для осуществления этой меры в домах с системами TN-C (подавляющее число домов, построенных в СССР) следует на боковой лепесток розетки выводить нейтраль

Чтобы правильно выполнить все операции, рекомендуется использовать индикаторные отвёртки. Некоторые дома, отстроенные в предыдущую эпоху, дооборудуются ветками заземления. И тогда система превращается в TN-C-S. Многие не понимают смысла этой меры и оттого можно встретить неправильные трактовки. Вкратце: нейтраль трёхфазной сети на входе в здание объединяется электрически с закопанным в грунт контуром громоотвода. Вот отсюда же и начинается местная ветка заземления, разведённая по всем квартирам.

В топике про защитное заземление обсуждалось, чем от этой меры отличается зануление (которое должно быть в любом случае). Нейтраль электрически объединена со всеми фазами, и здесь циркулируют токи возврата. На грунт уходит лишь некоторая часть из них, и то при дисбалансе. Вот почему заземление без зануления столь опасно. Этим же объясняется наличие самой системы TN-C-S в противовес TN-S. В последней защитный и рабочий нулевые проводники разделены по всей длине. И если есть уверенность, что не будут использовать трёхфазные установки, то это хорошо, но в противном случае будет то, про что уже рассказано (см. защитное заземление ).

Во избежание присутствия опасного потенциала на корпусе оборудования в какой-то точке (в районе громоотвода) и нужно объединение с нейтралью. Тогда как металлические части, за которые гипотетически может взяться человек заземлены накоротко: это преимущественно трубы. Таким образом, наличие защитного проводника, объединённого с нейтралью в районе громоотвода или местного отдельного контура, вкопанного в землю (вместо прямого заземления) уменьшает ток в этой ветке и дополнительно предохраняет человека на тот случай, если по какой-то причине не сработают автоматы защиты.

Отличие заземления от нуля

Главной разницей между заземлением и занулением является назначение систем. Заземление нужно, чтобы быстро понизить напряжение до приемлемого уровня. Задача зануления — полностью отключить ток на участке, где возник пробой на корпус или другой нетоковедущий элемент. Зануление связано с уменьшением потенциала корпуса в период между замыканием и отключением подачи электричества.

В новостройках зануление не используют. В новых зданиях прокладывают 3-проводный кабель с фазой, нулем и землей (1-фазная система) или 5-проводный кабель (три фазы, ноль и земля) в 3-фазной системе. Чаще всего используется схема TN-S, но встречается и TN-C-S.

Принцип действия

В чем заключается принцип работы системы? При попадании фазы на корпус прибора, который выполнен из металла и соединен с нулевым проводником, происходит короткое замыкание. Сила тока при этом увеличивается и срабатывают аппараты защиты. Благодаря этому отключаются электрические линии, что питают электроприбор.

Согласно ПУЭ, поврежденная электролиния в автоматическом режиме должна отключаться за время 0,4 секунды и не более (в сети 380/220 В). Для этого действия, как правило, применяются специальные проводники, назначение которых заключается в защите. Например, если проводка однофазная, то это может быть третья жила провода или кабеля.

При этом петля «фаза-ноль» должна быть с небольшим сопротивлением. Это необходимо для того чтобы защитное устройство сработало за определенное время. Поэтому защитное зануление будет эффективным только в том случае, когда монтаж сети и соединения будут правильные и сделаны при высоком качестве.

Назначение такого устройства дает возможность быстро отключить неисправную линию от электричества, и при этом обеспечить на корпусе электроприбора низкое напряжение. За счет этого поражения электрическим током организма человека невозможно.

Исходя из этого, вытекает, что принцип работы зануления имеет в основе срабатывание защитного автомата за счет короткого замыкания на корпус прибора и как результат, отключение пораженного электроприбора от электрической сети. Схема того как работает система, когда произошел пробой изоляции изображена ниже:

Заземление и зануление, в чем разница

Чтобы разобраться в отличиях рассмотрим каждый вариант подключения отдельно. 

Заземление

Контур монтируется отдельно, вне зависимости от способа подключения рабочего энергоснабжения. На противоположном конце (от электроустановки) подключается заземляющее устройство. От него должен быть проложен проводник с надежным контактом. Этот проводник соединяется с корпусом электроустановки.

Как правило, в домашних условиях отдельного контакта на корпусе электроустановки не предусмотрено. Сетевой кабель имеет три жилы: фаза, ноль и «земля».

Рабочее заземление подключено к соответствующей контактной группе в электрической розетке. При подключении электроприбора, происходит одновременное соединение с питающими контактами и «землей».

Важно! Такой способ подключения является единственно возможным с точки зрения безопасности.

Зануление

Система электропитания имеет фазные и нулевые проводники. В случае однофазного питания (традиционные 220 вольт в нашей розетке), это нулевой провод от ближайшей трансформаторной подстанции.

Он имеет непосредственный контакт с реальной «землей», в непосредственной близости от трансформатора. Такой вывод называется глухозаземленным.

При организации трехфазного питания – нулем будет являться нейтральный вывод трансформатора. Принцип подключения такой же. Нейтраль имеет непосредственный контакт с «землей» в пределах трансформаторной подстанции.

Что нужно занулять, и что занулять нельзя

В бытовых целях не рекомендуется занулять все, что раньше было заземлено через трубы. Это чугунные ванны, металлические раковины, смесители. Всем известна история Задорнова о том, как душ бился током при включённом телевизоре. На самом деле ничего загадочного здесь нет. Просто какой-то умник решил при выполненном занулении какого-то корпуса что-то ещё и заземлить. Допустим, трубы были заведены на нейтраль. В этом случае при включении прибора ток поделится между рабочим нулевым проводником и заземлёнными трубами. Часть его прошла через Задорнова, подведённая струёй воды.

Из сказанного можно сделать вывод, что одновременное зануление и заземление эффективно только для трёхфазных цепей. Причём при симметричной нагрузке по каждому плечу. Что касается вопроса уравнивания потенциалов всех металлических предметов на кухне, в ванной, уборной, то лучше для этих целей применять все же заземление. В случае металлических труб достаточно указанные предметы соединить медным проводом. Нейтраль сюда заводить не нужно в связи с описанными особенностями работы однофазной цепи.

Многие могут спросить – а как же случай зануления корпуса микроволновой печи? Большого потенциала в рабочем режиме здесь не должно быть, как и в случае со стиральной машиной. Но по ГОСТ Р 50571.11 одной из мер защиты выбирается дифференциальный автомат. Так что если кого и ударит током, то оборудование тут же и будет выключено. А параметры дифференциального автомата защиты заранее рассчитаны так, чтобы не случилось вреда. В частности, ГОСТ оговаривает минимальный ток срабатывания и некоторые другие физические величины.

Из сказанного ещё раз можно сделать вывод, что нормативные документы составлены не просто так. И если бы электрики подумали головой прежде, нежели мерой уравнивания потенциалов избирать зануление местных коммуникаций, то известный комик не подвергся бы атаке. Проще говоря, юмор хорош для одних случаев, а продуманное решение проблемы – для других. То и другое время от времени может понадобиться в той или иной степени.

Нелишним будет напомнить, что через трубы и прочие коммуникации ничего занулять или заземлять нельзя. Но в свою очередь, указанные конструкции могут быть защищены. На производстве это требование является обязательным, но для предотвращения описанных выше случаев ставят автоматы, отключающие сеть в случае неисправности.

Как выполняется зануление электрооборудования

Далее расскажем о том, откуда защитное зануление попадает в наш дом, и рассмотрим его путь от трансформаторной подстанции и безопасно ли выполнять зануление в квартире. Начинается такое зануление с глухозаземлённой нейтрали — соединенной с заземляющим устройством нейтрали силового трансформатора.

Нейтраль вместе с трехфазной линией сначала попадает во вводной шкаф. Оттуда же она распределяется по находящимся на этажах электрическим щиткам.

От нее берется рабочий ноль, образующий вместе с фазой привычное для нас фазное напряжение. Название «рабочий ноль» связано с тем, что он используется для работы электроустановок или электроприборов.

Взятым с электрощитка защитным отдельным нулем, имеющим электрическое соединение с глухозаземлённой нейтралью, и образуется защитное зануление. Необходимо обязательно знать, что в цепи защитных зануляющих проводников никаких коммутационных аппаратов (автоматов, рубильников и т.п.), а также предохранителей быть не должно.

Чем опасно зануление в квартире

Зануление значительно отличается от заземления. Попробуем рассмотреть это отличие более подробно. В соответствии с ПУЭ, использование на бытовом уровне такой преднамеренной защиты, как зануление, запрещено из-за ее небезопасности.

Но, несмотря на то, что практиковаться такая система должна только в промышленном производстве, многие ставят ее и в своих квартирах. Прибегают к этой далекой от совершенства защите, в частности, в связи с отсутствием иного варианта или вследствие недостатка знаний в данной сфере.

Действительно, зануление в квартире сделать можно, но последствия от этого будут далеко не наилучшими. Далее на примерах рассмотрим некоторые ситуации, которые могут возникать в случае выполнения в квартире зануления.

1) Зануление в розетках

Иногда предлагается выполнить «заземление» электрических приборов посредством перемычки клеммы рабочего нуля в розетке на защитный контакт. Такой метод «заземления» не соответствует требованиям пункта 1.7.132 ПУЭ, ведь он подразумевает использование нулевого проводника двухпроводной сети в качестве защитного и рабочего нуля одновременно.

Помимо того, на вводе в квартиру обычно имеется аппарат, предназначенный для коммутации как фазы, так и нуля, к примеру, пакетник или двухполюсный аппарат. Но коммутировать нулевой проводник, который используется в качестве защитного, запрещено. То есть, нельзя использовать в качестве защитного проводник, цепь которого имеет коммутационный аппарат.

Опасность «заземления» перемычкой в розетке заключается в том, что корпуса электроприборов при нарушении целостности нуля в любом месте окажутся под фазным напряжением. При обрыве же нулевого провода работа электроприемника прерывается, и тогда такой провод имеет вид обесточенного, то есть безопасного, что, конечно же, усугубляет ситуацию.

Можно только представить, сколько беды наделает такая розетка, если в нее включить стиральную машину. В данном случае можно увидеть перемычку, которая соединяет «нулевой» контакт с защитным. И, если бы отгорел «ноль», то такая стиральная машина превратилась бы в «убийцу».

Если же во время принятия человеком душа вывалится нулевая «сопля» в розетке, к которой подключен бойлер, такого человека просто «прошьет» током. Поэтому такое зануление в квартире крайне опасно и его запрещено выполнять.

2) Перепутаны местами фаза и ноль

Рассмотрев следующий пример, можно наглядно увидеть наиболее вероятную опасность в двухпроводном стояке. Нередко при осуществлении каких-либо ремонтных работ в домовом электрохозяйстве ноль «N» ошибочно меняют местами с фазой «L».

Отличительной окраски жилы проводов в электрощитке в домах с двухпроводкой не имеют, и при выполнении каких-либо работ в щитке любой электрик может переключить ноль и фазу местами – корпуса электроприборов в таком случае тоже окажутся под фазным напряжением.

Необходимо обязательно помнить о высокой опасности выполнения защитного зануления в двухпроводной системе. Поэтому, в соответствии с правилами, это делать запрещено!

3) Отгорания нуля

Что такое «отгорание нуля», или обрыв нуля, знает каждый электрик, но далеко не каждый потребитель электроэнергии. Попробуем разобраться в значении данной фразы, и выяснить, какова опасность отгорания нуля?

Очень часто обрыв «нуля» фиксируется в домах со старыми проводками, основанием для проектирования которых являлся расчет примерно 2 кВт на квартиру. Конечно, нынешняя оснащенность квартир всевозможными электрическими приборами на порядок увеличивает данные цифры.

В случае обрыва «нуля» перекос фаз может происходить на трансформаторной подстанции, от которой запитан многоэтажный дом, в общем электрощите или в щитке на лестничной площадке этого дома, в расположенной после этого обрыва электролинии. Результатом может стать поступление в одну часть квартир пониженного напряжения, а в другую – повышенного.

Пониженное напряжение опасно для холодильников, кондиционеров, сплит — систем, вытяжек, вентиляторов и другой техники с электродвигателями. Что касается повышенного напряжения, то при нем может выйти из строя любой прибор бытовой техники.

Похожие материалы на сайте:

• Наклейка знак заземления
• Как рассчитать заземляющий контур
• Схема контура заземления

Основные термины и определения

Зануление, о котором идёт речь, принято называть защитным, чтобы однозначно отличить среди иных проводников. В электротехнике трёхфазных цепей принято нейтралью называть участок цепи, действующие напряжения на котором относительно внешних обмоток равны. Поэтому при уравнивании потенциала с землёй ток здесь в нормальном режиме не течёт. Это касается и питающей стороны источника (трансформатор подстанции), и потребителей (двигатели). Заземлённая нейтраль носит название нулевой точки. Отсюда и происходит термин, рассматриваемый данным топиком.

Способы зануления сильно зависят от обустройства самой сети. Однофазная она или трёхфазная, и каким именно образом проведено заземление. Согласно последнему фактору принято выделять три вида систем. Согласно традиции международным комитетом МЭК они помечаются латинскими буквами, а именно:

В данном случае интерес представляет вторая буква:

• N подразумевает, что проводящие части установки, не находящиеся в нормальном режиме под током, занулены через защитный (выделенное заземление) или рабочий проводник. В первом случае отрезок провода направленно используется для целей безопасности, во втором – служит для замыкания цепи на грунт (в районе трансформатора), как например, в сети TN-C.
• T – показывает наличие заземления частей установки, в нормальном режиме под током не находящихся. Но в случае аварии могущих стать источником опасности. В чем здесь отличие от зануления, помеченного литерой N? В том, что N является нейтралью, через которую ток на землю течёт весьма малый. Если же корпус трёхфазной установки непосредственно завести на контур, скажем, громоотвода, то при выносе потенциала ток (и опасность) будет значительным.

Для однофазных цепей эта разность между занулением и заземлением нивелируется в силу очевидных причин. Но! В масштабе всего жилого дома она сохраняется. Поскольку многоэтажку можно рассматривать, как трёхфазную электрическую установку. Следовательно, нужно продолжать рассмотрение вопроса, поскольку возникает несколько способов организации заземления и зануления. Что мы и видим на практике, когда авторы различных топиков пытаются объяснить, что такое TN-C, TN-S, TN-C-S.

Основные понятия зануления

При отсутствии защитного заземления и невозможности его оборудования используется зануление. Однако данный вид защиты не предохраняет напрямую от воздействия электрического тока. При касании токоведущих частей, именно заземление обеспечивает необходимую безопасность. Зануление отличается от заземления быстрым действием защитной аппаратуры. То есть при касании опасного места срабатывает автомат защиты, отключающий электрический ток.

Чтобы обеспечить необходимый эффект, производится соединение зануляющего проводника с корпусом того или иного устройства и нейтральным нулевым проводом электрической сети. Такая схема и будет называться занулением. Таким образом, нулевой провод выполняет не только свою основную функцию, но и обеспечивает необходимую защиту.

Тем не менее, зануление не всегда гарантирует высокий уровень безопасности. В случае разрыва нулевого провода по каким-либо причинам, все имеющиеся в квартире приборы, подключенные к сети, будут на своем корпусе иметь фазу вместо нуля. Данная ситуация создает серьезную опасность для жизни и здоровья людей. Иногда несчастные случаи возникают в результате путаницы проводов, когда вместо нуля может быть подключена фаза. Максимальный эффект от использования зануления можно получить, хорошо зная принцип его работы.