что такое заземление и зануление простыми словами
Заземление и зануление: разбираемся в чем разница
Любая электроустановка должна быть заземлена. Это требование Правил устройства электроустановок (ПУЭ) одинаково распространяется на электроприборы с металлическим и пластиковым корпусом, устройства подключения и коммутации: распределительные и вводные щитки, розетки, выключатели.
Для чего необходимо заземление
Если энергоснабжение в помещении организовано в соответствии с ПУЭ, на входе, в распределительном щитке установлены защитные автоматы.
Эти выключатели срабатывают при превышении установленной силы тока: нагревается биметаллическая пластина, происходит ее деформация, и контакты автомата механически размыкаются.
Важно! Именно для этого, автоматы устанавливаются в разрыв фазного проводника. Нулевая шина может быть подключена напрямую.
Происходит разрыв цепи, находящейся под напряжением, электроустановка (или вся цепь) обесточивается, обеспечивая безопасность. Как это работает на практике, и что такое заземление в данной цепочке?
Заземление, это электрический контакт между линией, специально выделенной в электросети, и реальной (физической) землей. То есть шина заземления имеет электрический контакт с грунтом. Одновременно, любая установка, вырабатывающая или распределяющая электрический ток, соединена нулевым проводом с той же землей.
Мы с вами рассматриваем однофазные сети, в которых для питания используются две линии: ноль и фаза. Трехфазные системы в быту применяются редко, поэтому знание этих систем необходимо лишь профессионалам.
Даже если к вам в дом заведено три фазы (такое встречается в частном секторе), для конечного потребления все равно используется два провода: ноль и фаза.
Допустим, у вашей электроустановки (холодильник, бойлер, стиральная машина), особенно с металлическим корпусом, произошла утечка фазы. То есть, провод под напряжением касается корпуса (отсоединился контакт, нарушена изоляция, протекла вода). Прикоснувшись к электроприбору, вы будете поражены электрическим током. Кроме того, сопротивление в точке касания мизерное, вследствие чего произойдет мгновенный нагрев провода, и возгорание электроприбора.
Если ваш бойлер заземлен, электрический ток потечет по пути наименьшего сопротивления, то есть по контуру: фаза — «земля» — нулевая шина. Сила тока спонтанно возрастет, и сработает аварийное отключение в автомате защиты. Никто не пострадает, материальный ущерб не будет нанесен.
Если вы имеете поверхностные знания устройства электроустановок, возникает вопрос: а зачем нужно заземление, если то же самое произойдет между фазным и нулевым проводом? И собственно, чем отличается заземление от зануления?
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:
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:
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.
Как отличить рабочий ноль и защитное заземление
Разумеется, проверять сопротивление между «нулевым» и «земляным» проводами не следует, особенно если энергосистема под напряжением. В общую щитовую вас тоже никто не пустит. Поэтому, проверять правильность разведения нуля и земли, будем с помощью мультиметра (бытового тестера).
Поскольку точки ввода заземляющих устройств (ноль на подстанции и шина заземления в доме) находятся на удалении друг от друга, между ними есть определенное сопротивление. Грунт, даже влажный, не является идеальным проводником. Если организовать электрическую цепь без нагрузки, мы увидим разницу в потенциалах.
Подключаем измерительный прибор к фазному контакту и рабочему нолю. На схеме это будет цепь «А». Фиксируем значение.
Сразу же подключаем тестер к фазному проводу и контакту защитного ноля. На схеме это цепь «Б». Разницы в потенциале нет: прибор зафиксирует одинаковое значение напряжения. Почему так произошло? При объединении рабочего и защитного ноля, ток в обоих вариантах измерения, фактически протекает по одному и тому же проводу. Сопротивление не меняется, потерь нет, падения напряжения не происходит.
Если ваши результаты измерения показали одинаковое напряжение – проводка подключена с нарушениями Правил устройства электроустановок.
Что произойдет при разнесенном рабочем ноле и защитном заземлении?
При подключении прибора к фазе и нолю, падения напряжения практически нет (на схеме это цепь «А»). Вы увидите действительное значение рабочего напряжения в сети. Подключив тестер к фазному проводу и защитному заземлению, вы замеряете потенциал в длинной цепи. Чтобы замкнуть круг, электрический ток (на схеме цепь «Б») проходит по реальному грунту между точками физических контактов «земли». Учитывая сопротивление грунта, произойдет падение напряжения от 5% до 10%. Прибор покажет более низкое напряжение.
Это говорит о том, что ваша электропроводка организована правильно, у вас имеется настоящее разнесенное защитное заземление. При наличии правильно подобранных автоматов, электрооборудование и пользователи надежно защищены.
Мы разобрались, в чем разница между заземлением и занулением. Польза от правильной организации электроснабжения очевидна.
А как быть, если в вашем доме вообще не предусмотрено защитное заземление
Понятное дело, при проведении капитального ремонта, электрики заменят проводку в соответствии с Правилами устройства электроустановок. Как минимум, в вашем вводном щитке появится три независимых провода: фаза, рабочий ноль и защитное заземление. Останется лишь заменить проводку в розеточной сети.
Но капитальный ремонт может быть выполнен через несколько лет, а вы уже сегодня пользуетесь бойлером и стиральной машинкой без заземления, или того хуже — с защитным занулением. Выход один: организовывать заземление самостоятельно. Если вы живете в частном доме — техническая сторона вопроса существенно упрощается. А вот для многоэтажек, стоимость и сложность работ зависит от этажа.
Как вариант — организовать вскладчину с соседями шину заземления, с распаячными коробками на каждой лестничной клетке.
Шина должна быть неразъемной до самого ввода в грунт. Вблизи фундамента, желательно не в дорожном покрытии, а на клумбе, организуется контур заземления согласно Правилам устройства электроустановок. Каждый жилец подъезда может подключится общей шине и завести «землю» в квартиру. Далее есть два варианта:
При любом способе, вы защитите и свои электроприборы, и главное — свое здоровье.
Важно! Как нельзя организовывать защитное заземление
То, что «землю» нельзя брать из рабочего ноля, понятно из нашего материала. Есть любители заземлиться на трубы водоснабжения или отопления. Теоретически – стальная труба имеет связь с грунтом. На практике, по стояку могут быть вставки из полипропиленовых труб, и никакого контакта с «реальной землей» нет.
Видео по теме
Что такое заземление — простыми словами для новичков объясняю технические способы защиты человека от действия электрического тока, которые работают даже при случайных авариях
Что такое заземление и почему ему стоит уделять внимание интересует тех владельцев домов, кому не безразлично здоровье и безопасность всех членов семьи.
Этой статьей я объясняю простыми словами, как оно работает и какие научные схемы разработаны для защиты людей от поражения электрическим током в различных случаях возникновения аварийных ситуаций.
Как просто представить работу заземления в бытовой проводке
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.
Кроме защитной функции оно может выполнять еще и технологические задачи, связанные с нормальной работой электротехнического оборудования.
Как обыкновенный человек может попасть под действие тока в собственном жилище, на производстве и в любом другом месте: краткое пояснение физических процессов
Правила безопасности учитывают несколько вариантов развития подобных событий и предлагают технические решения для спасения от них. Это важно хорошо понимать.
Какие опасности скрыты в схеме существующей бытовой сети
Современные квартиры буквально напичканы электрическими помощниками, облегчающими наш быт. Их производители стремятся максимально обезопасить пользователей, но от них не все зависит.
Любая техника имеет ограниченный ресурс, а качество ее изготовления, складского хранения и эксплуатации не всегда соответствует техническим нормативам. Поломки возникают случайно в самых неожиданных местах.
Например, через сгоревший ТЭН с нарушенной изоляцией фаза элементарно распространяется через окружающую его водную среду в стиральной или посудомоечной машине.
Подобное повреждение диэлектрического слоя происходит довольно часто. При включении электрического прибора с нарушенной изоляцией высокий потенциал фазы переходит на токопроводящий корпус.
Стоит человеку до него дотронуться, как он попадает под напряжение, а через его тело начинает протекать опасный ток.
Его величина по закону Ома ограничивается только общим сопротивлением участка цепи, которое носит случайный характер. Сила протекающего тока может иметь значения от десятых долей ампера и значительно больше. Исход получения электротравмы предсказуем.
Если же корпус бытового прибора надежно заземлен, то картина протекания тока через человека резко меняется.
Сопротивление заземляющего контура строго регламентируется и поддерживается на безопасном пределе. За счет этого потенциал фазы стекает с корпуса. Когда к нему дотронется человек, то создаваемая нагрузка через его тело своей силой не сможет причинить большого вреда организму.
А чтобы его еще уменьшить в схему вводятся:
Однако в этом вопросе тоже не все так просто, ибо даже правильно настроенный автомат может банально не сработать из-за того, что при его выборе не учтено сопротивление петли фаза ноль. Таких случаев встречается много: проводка выгорает (возможно и здание), а защита не отрабатывает.
По этой причине включение УЗО в схему обязательно: оно отработает от возникшей утечки.
Жилые и производственные помещения содержат в своей конструкции не только закрытое изоляцией электрическое оборудование, но и массу технических систем (водопроводы, газопроводы, антенны, воздуховоды, арматура стен, рельсы и шахты лифтов…) выполненных из стальных или иных токопроводящих материалов.
В силу различных обстоятельств на них может быть подано напряжение (удар молнии, пробой изоляции бытовой сети, ошибки электриков или домашних мастеров…).
Когда человек прикоснётся к такому предмету, то через него может потечь опасный разряд.
Его величина не предсказуема, зависит от многих случайных факторов, но она весьма опасна для жизни.
Поэтому все токопроводящие магистрали, даже не относящиеся к электрической схеме, подключаются к контуру заземления здания. Такое их соединение называется ОСУП — основная система уравнивания потенциалов. Она призвана надежно отводить случайно появляющийся опасный потенциал из зоны обитания людей.
В многоэтажных зданиях современного панельного или монолитного строительства подобные технические системы, например, трубопроводы различного назначения имеют большую протяженность, достигая нескольких сотен метров.
Если через них станет проходить ток большого разряда, то на такой длине, имеющей увеличенное сопротивление, возникает падение напряжения. Оно тоже опасно для людей, поэтому подлежит снижению.
С этой целью во всех квартирах все токопроводящие части, не относящиеся к электрической схеме (трубы, краны, батареи, даже акрилловые ванны, собирающие статическое электричество), тоже подлежат подключению к контуру заземляющего устройства здания.
Такое соединение называется ДСУП или дополнительная система уравнивания потенциалов.
Здесь тоже важно использовать защиты типа УЗО или дифавтоматы.
А как работает заземляющая конструкция в этих ситуациях я рассказываю дальше.
Каким 4 главным требованиям должно отвечать любое заземление
1. Защитное заземляющее устройство создается для эффективного отвода опасных потенциалов на контур земли, случайно проникающих на токопроводящие конструкции, не предназначенные для работы в составе электрической схемы.
2. ЗУ должно надежно соединять все составные части электроустановки, включая конструкции открывающихся металлических дверок шкафов и щитов. Обычно для этого используют гибкие медные проводники с оболочкой желто-зеленого цвета.
3. Общее сопротивление электрических контактов системы заземления регламентировано пунктом 1.7.103. ПУЭ. Оно не должно быть выше, чем 4÷30 Ом.
Этим достигается надежность протекания аварийных токов на глухозаземленную нейтраль генератора в сети 220 вольт.
4. На этапе строительства необходимо предусматривать равномерность распределения нагрузок за счет монтажа системы выравнивания потенциалов.
Полезная информация
Во многих ситуациях вопрос обеспечения безопасности электроустановки можно решить не только за счет установки ЗУ, но и переводом сети электроснабжения со схемы с глухозаземленной нейтрали на изолированную простым подключением к разделительному трансформатору.
Этот способ широко применяется на всем медицинском оборудовании, а разделительные трансформаторы имеются в продаже.
4 основных системы заземления жилых зданий
Электрическая связь потребителей с глухозазмеленной нейтралью подстанции может выполняться разными способами. При этом цепочка прохождения аварийных токов претерпевает изменения, что сказывается в конечном счете на безопасности людей.
Кратко разберем четыре наиболее распространенные электрические схемы.
Самая старая система заземления TN-C
От трансформаторной подстанции 0,4 кВ к потребителям по кабельной линии подводятся три потенциала фаз звезды и общая нейтраль, заземленная на стороне генератора. На стороне потребителя смонтировано повторное заземление.
Нейтраль используется для совмещенной передачи как рабочих нагрузок, так и аварийных токов.
Корпуса электрических приборов не заземляются. При пробое изоляции высокий потенциал напряжения проникает на корпус, а прикоснувшийся к нему человек попадает под действие тока.
Это наиболее опасная схема. Для снижения рисков при работе со сложным электротехническим оборудованием в ней раньше применялось зануление.
Суть этого технического мероприятия состоит в том, что корпус прибора, а чаще всего это были инструменты типа электродрели, преднамеренно до начала работы подключался к нулевому проводу.
Когда происходил пробой изоляции, то фаза попадала на корпус. Сразу в сети питания возникало короткое замыкание. Его должен был отключить автоматический выключатель. За счет его срабатывания выполнялась защита работника.
Использование зануления в быту может быть выполнено простым соединением нулевого и заземляющего контактов в розетке. Но делать это нельзя потому, что вместо повышения безопасности можно создать массу неприятностей не только себе, но и окружающим людям.
Схема TN-C дорабатывает свой срок на старом оборудовании прошлого века, а во вновь монтируемом уже не монтируется.
Самая безопасная система заземления TN-S
Здесь в кабельную линию дополнительно подключается пятая жила за счет деления нейтрали на две отдельные магистрали, предназначенные для протекания:
К магистрали РЕ проводника предъявляются очень жесткие требования по монтажу и эксплуатации. Внутри него, в отличие от рабочего нуля, запрещено устанавливать любые коммутационные аппараты.
За счет этого он имеет минимально возможное электрическое сопротивление, по которому отводятся токи аварийных режимов.
Единственный недостаток этой схемы — повышенные материальные затраты на дорогие кабельные линии.
Современная модификация системы заземления TN-C-S
Поскольку оперативно перевести все здания страны со старой схемы TN-C на новую TN-S практически невозможно, да и очень затратно, то сейчас разработан и реализуется проект TN-C-S.
В нем от ТП 0,4 кВ идет старый кабель с четырьмя жилами. Внутри вводного силового щита монтируется главная защитная шина (ГЗШ), которая подключается на контур повторного ЗУ.
PEN проводник, приходящий от трансформаторной подстанции, на ГЗШ расщепляется на два потока:
В этой схеме для отвода аварийных токов внутри здания работает уже отдельный РЕ проводник. За счет его использования безопасность пользования электрическими приборами значительно повышается.
Любые самостоятельные эксперименты по подключению своих электроприборов к самодельным контурам ЗУ владельцами квартир многоэтажных зданий неуместны. Причин для этого очень много, а использовать уже заземленные трубопроводы и металлоконструкции — опасно.
Они, благодаря неумелым действиям, в большинстве случаев только повышают риски поражения людей электрическим током.
Эффективная система заземления TT для частных зданий, питаемых воздушными линиями электропередач
Воздушные ЛЭП массово распространены в сельской местности. Они монтируются по старой четырехпроводной схеме.
Владельцы частных домов могут значительно повысить свою безопасность за счет создания дополнительного контура ЗУ и подключения к нему РЕ проводниками токопроводящих корпусов всех бытовых приборов.
Эту работу можно выполнять самостоятельно.
2 типа устройств заземления, разработанные по научным рекомендациям для частного дома
Домашние мастера, начитавшись упрощенных рекомендаций в интернете, часто допускают серьезные ошибки при монтаже контура ЗУ своими руками. Важно понимать, что надежно обеспечить электрическую безопасность жилища могут только конструкции, отвечающие требованиям научных разработок.
Для самостоятельного изготовления контура необходимо выполнить требования ПУЭ, изложенные в главе 1.7.
Потребуется рассчитать его размеры и заглубление конкретно под ваши условия местности, исходя из круглогодичного состояния сопротивления почвы и ряда других факторов. Им нельзя придавать какие-то усредненные значения.
После монтажа контура потребуется выполнить контрольные замеры и при необходимости внести коррективы в конструкцию. Возможно, придется доставлять дополнительный электрод.
Однако этот процесс можно значительно упростить. Современная промышленность выпускает модульное штыревое заземление, продаваемое готовым для сборки комплектом.
Его монтаж на большую глубину выполняется относительно просто за счет применения специальных мощных перфораторов.
Штыревое заземление монтируется довольно быстро, но его приобретение обходится дороже.
Обе технологии сборки этих ЗУ у меня расписаны отдельной статьей на блоге. Приглашаю ознакомиться.
Почему заземляющее устройство не всегда работает эффективно и как повысить электрическую безопасность жилого дома
Если анализировать рабочие режимы ЗУ, то здесь обычно проблем не возникает, да и вопрос этот домашнего мастера практически не касается. Поэтому чуть подробнее рассмотрим работу заземления при аварийных ситуациях, когда по ним стекают огромные токи КЗ либо других повреждений.
Нас должно интересовать поведение ЗУ при:
Как заземление защищает здание от удара молнии
В системе молниезащиты здания мощный разряд молнии бьет по молниеприемнику и переходит на молниетвод, а затем стекает через заземляющее устройство на потенциал земли минуя здание.
Все эти три элемента работают последовательно. Причём каждое из них должно надежно передавать огромные мощности энергии, при этом остаться целым, не сгореть. Иначе молния пройдет на дом.
Во всех этих ситуациях на вводе здания окажется импульс перенапряжения порядка 6 кВ. Он может причинить много бед. Поэтому его постепенно снижают в трех зонах здания различными классами модульных УЗИП — устройствами защиты от импульсного перенапряжения.
В ограничении импульса перенапряжения качество монтажа заземления играет далеко не последнюю роль.
Какая роль отведена заземляющему устройству в защитах с УЗО и дифавтоматами
Орган сравнения фаз устройства защитного отключения постоянно вычисляет момент возникновения тока утечки.
Когда потенциал фазы прошел на корпус бытового прибора, подключенного к заземлению, то возникшую утечку сразу же почувствует УЗО и снимет питание с поврежденного оборудования.
Если же корпус изолирован от земли, а на нем присутствует опасный потенциал, то никакой утечки просто не будет — тогда УЗО не сработает. В этой ситуации человек может создать путь тока через свое тело. Только в этом случае защита отключит питание.
Вот таким образом способы подключения УЗО и заземляющего контура влияют на безопасность человека:
Таким образом ЗУ повышает защитные функции модулей, работающих с органом сравнения фаз.
Роль заземления в ограничении высокочастотных помех современных электронных устройств
Компьютеры, микроволновки и другая
бытовая техника с импульсными блоками питания предназначены для надежной работы в трехпроводной схеме с заземляющим РЕ проводником.
Если их подключить к обычной двухпроводной схеме, которая до сих пор распространена в наших старых домах, то относительно их корпуса и земли, например, близкорасположенного водопроводного крана или батареи отопления, можно замерить 110 вольт.
Объясняется это конструкцией фильтров, предназначенных для подавления высокочастотных помех.
Заземляющий контакт их вилки питания через шнур надежно соединен с металлическим корпусом, а последний через конденсаторы фильтра связан с потенциалами рабочего нуля и фазы.
За счет образованного таким образом емкостного делителя на корпусе присутствует половина фазного напряжения сети. Однако в трехпроводной схеме этот потенциал надежно отводится по PE проводнику на контур здания, что обеспечивает безопасность пользования прибором.
Поэтому исключайте такую возможность хотя бы отодвиганием подальше подобной техники от заземленных конструкций.
Чем опасен обрыв нуля в трехфазной схеме TN-C
Это еще один случай, когда электрики энергоснабжающей организации могут доставить большие неприятности своим потребителям. Он характерен не только для сети TN-C, но и TN-C-S.
Более детально этот вопрос раскрыт статьей про формулу электрического напряжения. Нас в этой ситуации может спасти только реле РКН. Без его использования могут погореть холодильники, микроволновки и другая дорогая техника.
Это еще одна веская причина для перехода на современную систему заземления TN-S с более безопасной схемой подключения заземляющего устройства.
Заканчивая статью рекомендую посмотреть видеоролик владельца Алекс Жук «Что такое заземление», где он простыми словами показывает его роль при ликвидации аварийных процессов.
Напоминаю, что сейчас вам удобно прокомментировать статью или задать вопрос для его выяснения.