Что такое защитное зануление и где оно применяется

Типы систем заземления

Вы замечали, что нулевой провод в трёхфазном кабеле имеет меньшее сечение, чем остальные? Это вполне объяснимо, ведь на него ложится не вся нагрузка, а только разница токов между фазами. Хотя бы один контур заземления в сети должен быть, и обычно он находится рядом с источником тока: трансформатор на подстанции. Здесь система требует обязательного зануления, но при этом нулевой проводник перестаёт быть защитным: что бывает, если в ТП «отгорел ноль», знакомо многим. По этой причине заземляющих контуров по всей протяжённости ЛЭП может быть несколько, и обычно так оно и есть.

Конечно, повторное зануление, в отличие от заземления, вовсе не обязательно, но зачастую крайне полезно. По тому, в каком месте выполняется общее и повторные зануления трехфазной сети, различают несколько типов систем.

Разница между заземлением и занулением

В системах под названием I-T или T-T защитный проводник всегда берётся независимо от источника. Для этого у потребителя устраивается собственный контур. Даже если источник имеет свою точку заземления, к которой подключен нулевой проводник, защитной функции последний не имеет. Он с защитным контуром потребителя никак не контактирует.

Системы без заземления на стороне потребителя более распространены. В них защитный проводник передаётся от источника потребителю, в том числе и посредством нулевого провода. Обозначаются такие схемы приставкой TN и одним из трёх постфиксов:

1. TN-C: защитный и нулевой проводник совмещены, все заземляющие контакты на розетках подключаются к нулевому проводу.
2. TN-S: защитный и нулевой проводник нигде не контактируют, но могут подключаться к одному и тому же контуру.
3. TN-C-S: защитный проводник следует от самого источника тока, но там всё равно соединяется с нулевым проводом.

Ключевые моменты электромонтажа

Итак, чем вся эта информация может быть полезна на практике? Схемы с собственным заземлением потребителя, естественно, предпочтительны, но иногда их технически невозможно реализовать. Например, в квартирах высоток или на скальном грунте. Вы должны знать, что при совмещении нулевого и защитного проводника в одном проводе (называемом PEN) безопасность людей не ставится в приоритет. А потому оборудование, с которым контактируют люди, должно иметь дифференциальную защиту.

И здесь начинающие монтажники допускают целый ворох ошибок. Неправильно определяя тип системы заземления/зануления и, соответственно, неверно подключают УЗО. В системах с совмещённым проводником УЗО может устанавливаться в любой точке, но обязательно после места совмещения. Эта ошибка часто возникает в работе с системами TN-C и TN-C-S. А особенно часто, если в таких системах нулевой и защитный проводники не имеют соответствующей маркировки.

Разница между заземлением и занулением

Поэтому никогда не используйте жёлто-зелёные провода там, где в этом нет необходимости. Всегда заземляйте металлические шкафы и корпуса оборудования, но только не совмещённым PEN-проводником. На нём при обрыве нуля возникает опасный потенциал. Это необходимо делать защитным проводом PE, который подключается к собственному контуру.

Кстати, при наличии собственного контура на него выполнять незащищённое зануление очень и очень не рекомендуется. Если только это не контур вашей собственной подстанции или генератора. Дело в том, что при обрыве нуля вся разница асинхронной нагрузки в общегородской сети проследует в землю через ваш контур, раскаляя соединяющий провод.

   Защитное заземление. Чем опасно самостоятельное выполнение заземления?

   Принцип работы заземления для зданий по системе ТN-C, TN-S и TN-C-S.

   Заземление дома. Монтаж контура заземления!

   Контур заземления. Заземление и зануление на объектах.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

Как правильно рассчитать

В первую очередь следует определить проводимость заземлителя. То есть надо выбрать электрод так, чтобы сопротивление контура было в пределах нормы. Согласно положениям ПУЭ, максимальные значения сопротивления растеканию заземлителей следующие:

• 2 Ом – для линейного напряжения 660/380 В источника трёхфазного/однофазного тока;
• 4 Ом – для 380/220 В;
• 8 Ом – для 220/127 В.

Проводимость защитной конструкции зависит от площади её контакта с землёй, а также удельного сопротивления грунта. Чем больше размеры штырей (электродов), тем больше площадь их поверхности и, следовательно, выше проводимость и эффективность контура. При этом для достижения хороших характеристик заземляющего устройства правильнее увеличивать длину электродов, а не поперечное сечение. Это очень актуально при создании контура в твёрдых почвах, таких как песчаник, скалистый грунт и прочих.

Так, для определения проводимости одного электрода круглого сечения используется следующая формула:

R1 = ρ(ln(2L/d) + 0,5ln(4T+L)/(4T-L))/2ПL,

где d и L – диаметр и длина электрода, T – половина глубины заложения штыря, ln – натуральный логарифм, П – постоянная (3,14), ρ – удельное сопротивление грунта (Ом×м).

Удельное сопротивление грунта также является важным параметром. Чем он больше, тем хуже будет проводимость контура заземления. Величину удельного сопротивления для определённого типа грунта можно узнать в общедоступных таблицах.

Чем ниже удельное сопротивление грунта, тем лучше будет контур

При монтаже контура заземления, состоящего из нескольких электродов, расчёт немного меняется. Сначала определяется сопротивление каждого отдельного штыря по вышеуказанной формуле. Потом полученные показатели суммируются с учётом так называемого «коэффициента использования». Расчётная формула здесь такая:

R = R1/(KN), где R – общее сопротивление контура, N – количество электродов, К – коэффициент использования, R1 – сопротивление одного штыря.

Величина К зависит от расстояния между электродами. Причём чем дальше друг от друга расположены штыри, тем больше будет этот коэффициент. Электрики же рекомендуют располагать электроды на расстоянии в 2,2 от их длины. В этом случае К может принимать следующие значения:

• при использовании двух электродов – 0,9–0,92;
• трёх – 0,85–0,88;
• пяти – 0,79–0,83.

Для определения глубины заложения стержней нужно воспользоваться формулой:

N = R1/KR, где R – полученное ранее проектное сопротивление контура, R1 – сопротивление одного штыря, К – коэффициент использования.

Что касается горизонтальных частей, соединяющих штыри в один контур заземления, то их проводимость здесь не рассчитана

Инструкции

Первоначально выкапывают ямки, примерно на полметра глубиной. Между ними проделываются траншеи для расположения заземляющей арматуры. Электроды следует размещать на расстоянии примерно в один метр, можно немного больше. Далее вбивают уголки в землю. Теперь с помощью тяжелого молотка нужно вбить электроды. Каждый электрод вгоняют таким образом, что над ним остается около пятидесяти сантиметров почвы.

Уголки соединяют с помощью полосы металла, толщиной не менее пяти миллиметров. Приварив элементы с помощью сварочного аппарата, их соединяют между собой. Затем подключают провода к уголкам с помощью клемм.

По завершении всех работ остается только протянуть трехжильный кабель к щитку от помещения. Именно этот кабель используется для подключения ко всем электроприборам, он заземлен.

Нужно ли заземление в гараже, решать должен, конечно же, его владелец, но лучше это сделать заранее, не дожидаясь неприятных последствий

Внимание стоит обратить на то, что с электрическим током шутить нельзя

Если гараж располагается на территории возле места проживания, то устройство заземления в гараже иметь необязательно. Ведь система заземления находится в доме. В таком случае проводят трехжильный кабель от дома к гаражу.

Требования к заземлению сварочных аппаратов

Как и для любого технологического оборудования, потребляющего электрический ток, для сварочных аппаратов существуют правила подключения заземления. Помимо необходимости заземления корпуса сварочной электроустановки с контуром заземления здания, заземляют один вывод вторичной обмотки аппарата, а ко второму, соответственно подключается электрододержатель. При этом вывод вторичной обмотки, требующей заземления, должен быть обозначен графически и иметь стационарное выведенное крепление, для удобного соединения с заземлителем. Переходное сопротивление контура заземления не должно превышать 10 Ом. В случае необходимости увеличения электрической проводимости контура заземления, увеличивают контактную площадь соединения.

Последовательное соединение сварочных аппаратов с заземлителем также запрещено. У каждого аппарата должно быть отдельное соединение с заземленной магистралью здания. Заземление электроустановок потребителей – это не формальность, а необходимая техническая мера безопасности, которая позволит не только стабилизировать работу оборудования, но и спасти жизнь персоналу, обслуживающему и контактирующему с ним.

Создание заземления

Перед тем как своими руками сделать контур заземления, рекомендуется обратить внимание на ряд важных обстоятельств:

Особое внимание следует уделять контактам. Скрутки запрещены

Действительно надежные соединения позволяют создать клеммы.
Устройство защитного отключения — гарантия безопасности электрической проводки даже в случае утечек тока. При возникновении аварийных ситуаций УЗО моментально отключает питание.
Лучший материал для изготовления электродов — стальные уголки. Рекомендуемый размер уголка — 50 на 50 миллиметров. Оптимальная длина уголка — от 2 до 2,5 метра. Некоторые владельцы гаражей вместо уголка используют трубы. Такой вариант допустим, но толщина стенок труб должна превышать 3,5 миллиметра. Рекомендуемый диаметр трубы — более 32 миллиметров.
Конфигурация заземлительного контура важна. Многие выбирают треугольную схему, однако специалисты настаивают на большей эффективности Т-образной схемы. В этом случае одну пару электродов устанавливают по углам в передней части гаража, другую пару монтируют в смотровой яме. Все электроды объединяют между собой, а затем подключают к шине в электрощите.
Для соединения подземной части системы с заземлительной шиной рекомендуется использовать гибкий провод. Лучший выбор — медный кабель с шестимиллиметровым сечением. Для алюминиевого кабеля необходимо шестнадцатимиллиметровое сечение.

Существующие конфигурации заземлительных контуров показаны на рисунке ниже.

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.

Как просто представить работу заземления в бытовой проводке

Опасность электрической энергии очень хорошо помогает понять принцип работы мышеловки: проголодавшаяся мышка выходит из норки, а перед ней на специальной подставочке лежит аппетитная корочка хлеба, да еще сдобренная капелькой ароматного масла.

Подходит зверек к предложенному угощению, чуть-чуть дотрагивается до него, а скрытая сила мощной пружины моментально бьет по мышке металлической рамкой… Точно так, совершенно неожиданно, человек получает травмы от электричества.

Электрический ток всегда протекает только внутри замкнутой цепи под действием приложенного напряжения. Он направлен от потенциала большей величины к меньшему. Когда же эта цепочка разорвана, то тока нет, а риск попасть под его действие огромный.

В наших жилищах существует довольно много факторов, когда опасный потенциал, например, фазы может проникнуть на токопроводящие конструкции (корпус бытового прибора), и остаться на них потому, что дальнейшая цепь изолирована диэлектрическим слоем.

Этим свойством пользуются «шутники», не до конца представляющие последствия своих действий.

Стоит только создать контакт высокого потенциала с землей, как через нее (почва обладают высокой проводимостью) сразу протекает ток, отводящий эту энергию. Если на его пути оказывается живое существо, то судьба его не завидна.

Поэтому все токопроводящие корпуса современных бытовых приборов специально (преднамеренно) соединяют через заземляющие устройства (ЗУ). Этим достигается моментальное стекание опасного заряда через выделенный контур земли в сети с глухозаземленной нейтралью.

По цепочке РЕ проводника создается надежный электрический контакт через землю с источником напряжения главного распределительного щита (ГРЩ) на питающей подстанции.

При соединении потенциалов фазы, оказавшейся на корпусе, и земли возникает ток короткого замыкания. Его должен отключить автоматический выключатель SQ, подобранный по местным условиям.

Этот процесс называется защитным отключением. Он подробно изложен в главе 1.7 ПУЭ.

Схема заземления с глухозаземленной нейтралью используется в нашей стране на подстанциях 0,4 кВ с трехфазными генераторами. Их обмотки собраны по схеме «звезда» с общей точкой, выведенной на заземляющее устройство.

Аналогичным образом подключены потребители. За счет такого соединения обеспечивается равенство потенциалов земли и нейтрального провода.

Заземление создается заранее. Его назначение — защита людей и электротехнических устройств от воздействия опасного электрического тока.

Кроме защитной функции оно может выполнять еще и технологические задачи, связанные с нормальной работой электротехнического оборудования.

Системы заземления

В соответствии с пунктом 1.7.3 ПУЭ 7 при применении электрооборудования, рассчитанного на напряжение до 1 кВ, применяются способы заземления:

• TN — ноль источника питания (от подстанции или генератора) глухо соединён с землей;
• TN-С — TN, где защитный (PE) и рабочий (N) нулевые провода совмещены в одном PEN-проводнике;
• TN-S — TN, где PE и N нулевые провода разделены на протяжении всей линии от подстанции;
• TN-C-S — TN, где PE и N разделены на определенном участке цепи, а от подстанции до этого участка они объединены;
• ТТ – ноль от подстанции глухо заземлён, а незащищенные электропроводящие конструкции электрооборудования соединены с заземляющим устройством, не связанным с глухозаземленным нулем от подстанции;
• IT — ноль изолирован от земли или соединен с землей через большое сопротивление, а незащищенные металлические конструкции электрооборудования соединены с землей.

Расшифровка символов, первый из которых обозначает положение нуля блока электроснабжения по отношению к земле:

• Т – заземлённый ноль (нейтраль);
• I – изолированная нейтраль.

Второй символ – положение незащищенных металлических конструкций по расположению к земле:

• Т – соединение с землей открытых токопроводящих частей и металлических конструкций, независимо от того, заземлена ли нейтраль от подстанции;
• N – соединение токопроводящих частей с глухозаземленным нулем блока электроснабжения.

Символы, следующие за N, определяют место соединения рабочего и защитного нулевых проводов с заземлителем у потребителя или разделение нуля еще на подстанции:

• S – рабочий (N) и защитный (РЕ) нули — это разные, разделенные проводники;
• С – соединение в едином проводе (PEN) роли нулевых рабочего и защитного проводников.

При занулении нулевые защитные и фазные провода выбираются так, чтобы при пробое изоляции на корпус или нулевой проводник, возникающий ток короткого замыкания обеспечивал отключение автомата защиты или перегорание предохранителя.

Как сделать заземление в квартире, если его нет

В старых домах установлена система TN–C, которая не имеет заземления, и проложен двухжильный провод (фаза и ноль). Чтобы заземлить квартиру, придется провести новую проводку, установить автомат УЗО или смонтировать контур.

Подключение УЗО

Устройство защитного отключения, или, по-другому, УЗО спасет человека от удара током в случае, если в доме отсутствует заземление. Через устройство проходят фазовый и нулевой провода. В момент утечки электричества оно определяет разницу между силой тока, прошедшей между ними, и разъединяет контакты, тем самым обесточивая участок сети.

Существует два варианта подключения УЗО:

• На весь дом. В таком случае обезопасить от утечки можно все электроприборы в квартире, начиная от крупной бытовой техники, заканчивая светильниками. Для этого потребуется более мощный и дорогостоящий прибор. При срабатывании защиты электричество будет отключено везде, а на наличие утечки придется проверять каждое подключенное устройство отдельно.
• На комнату или конкретное устройство. Менее мощный УЗО устанавливается только на «опасные» линии, например, на ванную комнату, кухню, подвал или на конкретное устройство, вроде стиральной машины или электроплиты. Если в квартире есть устройства, потребляющие больше 1,2 кВт, то на каждое из них рекомендуется ставить отдельный автомат и УЗО.

Прибор имеет две входных и две выходных клеммы (фаза и ноль). Установка производится согласно схеме:

Правила установки:

• УЗО устанавливается между входным выключателем и автоматом;
• мощность УЗО должна немного превышать мощность установленного на нее автомата;
• правильность работы УЗО проверяется путем подключения бытового прибора под нагрузкой к сети, в которую оно было установлено.

Монтаж собственного контура

Собственный контур для заземления своими руками можно сделать как в частном доме, так и в многоквартирном. Во втором случае работу надо согласовать с управляющей компанией и соблюдать требования ПУЭ.

Порядок работ:

1. По стояку к подвалу протягивается одножильный провод PE. Рекомендуется использовать медный провод сечением не менее 4 кв. мм.
2. Рядом с домом устанавливается заземлитель. Обычно используют обрезки из нержавеющей стали, которые свариваются в виде треугольника.
3. Один конец провода присоединяется к готовой конструкции, другой закрепляется в щитке.
4. Заземление квартиры соединяется со щитком.

Опасный вариант защиты

Недопустимо решать проблему заземления путем присоединения PE-провода к системе водопровода или газового снабжения. В случае утечки, ток пойдет не по проводам, а по трубам и батарее, что может привести к поражению электричеством не только проживающих в заземленной таким способом квартире, но и соседей.

Как устроено заземление, и зачем проверять его параметры

Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что заземление нужно для соединения корпуса электроустановки с рабочим нулем. Глядя на несколько абзацев выше, можно подумать, что это абсурд. На самом деле имеется ввиду возможность протекания тока от защитного заземления, через физическую землю (грунт), до рабочего нуля ближайшей подстанции. Фактически, это будет короткое замыкание.

Соответственно, при попадании фазы на корпус электроустановки, сработает защитный автомат, и поражения электротоком не будет.

Зачем же нужна проверка сопротивления заземления? Для организации аварийного короткого замыкания, необходима большая сила тока. Если сопротивление контура заземления будет слишком велико, сила тока (в соответствии с законом Ома) снизится, и защитный автомат не сработает.

Еще одна опасность большого сопротивления защитной «земли» в том, что сопротивление тела человека может оказаться меньше. Тогда, при касании рукой аварийной электроустановки, вы гарантированно будете поражены электротоком.

Когда на корпусе электроустановки окажется фаза, часть напряжения уйдет на компенсацию утечки в физическую землю. Если остаток потенциала превысит 50 вольт, опасность сохранится.

Равно как и защитный автомат без заземления не отключит фазу при попадании на корпус. Он сработает лишь при замыкании нуля с фазой. Полную защиту дает установка автомата и одновременное подключение контура защитной «земли». Существенно повышает уровень безопасности еще и УЗО.

И, наконец о том, что представляет собой контур заземления.

Если вкратце, это несколько металлических штырей (при нормальных природных условиях — три), глубоко погруженных в грунт, соединенных проводниками между собой и шиной заземления в здании.

Подведем итоги

Безусловно, что вероятности аварий носят случайный характер, максимум, что можно сделать в таких ситуациях, — принять необходимые меры для обеспечения защиты. Но помимо этого не будет лишним вовремя определить аварийную ситуацию по характерным признакам. В первую очередь отгорание нулевого магистрального провода приводит к перенапряжению сети. Обнаружив первые признаки этого явления, следует отключить все электроприборы.

Сделать это оперативно и самостоятельно практически нереально. Временной промежуток для этого слишком коротким, поэтому следует установить на электрическом щитке специальные приборы, реагирующие на обрыв нуля. Как только напряжение выйдет за установленные пределы, реле контроля напряжения произведет защитное отключение.

Полностью доверять системе защиты не стоит. Может случиться так, что при наличии характерных признаков перепадов напряжения, отключение питания не произойдет. Поэтому имеет смысл перечислить наиболее вероятные проявления для данного явления:

• Мерцание ламп накаливания. Они наиболее чувствительны к перепаду уровня напряжения, возникающего при обрыве нуля. Энергосберегающие осветительные приборы и светодиодные лампы не настолько реагируют на изменения.
• Электронные приборы, имеющие встроенную защиту, как правило, отключаются от сети питания. Или не запускаются. Такие действия предусмотрены реакцией защиты импульсных БП на броски напряжения. Характерно, что такая реакция может сработать раньше, чем реле напряжения. Но это, во многом зависит от производителя и схемы реализации защиты электросетей, а также надежности электрического соединения.
• Еще один характерный признак – повышение температуры выключателя. Даже если Вы не обратили внимания на мерцание ламп, то данное проявление должно вызвать опасения.
• Искрение, при попытке подключения электроприбора, может говорить об обрыве нуля на вводе однофазного потребителя. Даже, если оно вызвано другим фактором, а не обрывом нуля, это очень нехороший признак.
• Самопроизвольные срабатывания вводных автоматов, также могут указывать на перенапряжение. Такая реакция на обрыв нуля характерна при включении электронагревательных приборов, например электропечи, бойлера, чайника и т.д.
• Характерные звуки во вводном электрическом щите также могут указывать на перепады напряжения. В такой ситуации рекомендуется отключить ввод питания и дождаться приезда аварийной бригады. Велика вероятность, что авария обрыва нуля имела место в электросети поставщика.
• Обязательно установите на вводе электрической сети реле напряжения. В идеале желательно продублировать данную систему стабилизатором напряжения для дома или квартиры. Такое устройство, работая в паре с реле, позволит поддерживать заданный уровень напряжения, не отключая питание.

Собственно, только многоуровневая защита может обеспечить максимальную безопасность.

Всем известно, что ток в электрической сети течет по замкнутому контуру, питая при этом разнообразную бытовую технику и промышленное оборудование. Сеть подачи электроэнергии в частные дома, квартиры и дачи является одним из направлений распределения электричества в глобальной системе энергоснабжения разнообразных объектов. Все это говорит о том, что для питания бытовых электроприборов необходимы как минимум два электрических проводника, которые создадут замкнутую цепь электропитания домашней техники.

Эти проводники называются фазным (L) и рабочим нулевым (N). «Ноль» не опасен для человека при прикосновении к нему, так как на нем отсутствует напряжение сети. Но это не значит, что через него не протекает электрический ток. В идеальном случае, в однофазной сети, величина тока, проходящего через фазный проводник полностью совпадает со значением этого параметра, протекающего через нейтральный провод. В этой статье мы рассмотрим вопрос, причины обрывы или обгорания нулевого проводника, что происходит в случае такой аварийной ситуации, последствия этой аварии и какая защита от обрыва «нуля» способна исключить такое негативное явление.