Электросеть — это основа современного мира. Почти вся современная бытовая техника работает от электричества, ведь это удобный источник энергии. Но есть и обратная сторона медали - высокая опасность поражения электрическим током. Без правильного подхода конструированию оборудования и проектированию электрических сетей электричество наделает больше беды чем пользы. Заземление - один из способов обеспечения безопасности.
Простыми словами о заземлении
Заземление - это комплекс решений и устройств для защиты от поражения электрическим током и обеспечению работы защитной аппаратуры.
Отечественные электросети имеют . Что это значит? Если рассмотреть этот вопрос упрощённо, то на электростанциях устанавливают трёхфазные генераторы. Их обмотки соединяют по схеме звезды. Точка соединения обмоток является нейтралью.
Если заземлить точку соединения звезды, как это показано на рисунке выше, то получится линия электропередач с глухозаземленной нейтралью. Потенциал этой точки и нейтрального провода будет равен потенциалу земли.
Заземляющее устройство называют . Обычно это три металлических штыря убитые в землю на одинаковом расстоянии друг от друга, находясь как бы в вершинах треугольника, при этом их соединяют между собой стальной полосой с помощью сварки. Длина штырей и их поперечное сечение рассчитывается под конкретные условия и требования к этому объекту.
Заземляющий проводник заводится в электрический щит дома или квартиры и соединяется с заземляющей шиной. Она представляет собой металлическую полосу с клеммниками. К ней подключаются земляные проводники от каждого заземленного прибора или розетки. Если прибор подключается не через розетку, то к нему прокладывается свой заземляющий проводник, и он подключается к специальной клемме, соединенной с корпусом.
Все заземляющие проводники и шины имеют изоляцию или окрашены чередующимися полосами зеленого и желтого цветов.
По виду заземление бывает защитным и рабочим. Как можно догадаться, защитное заземление выполняет функции защиты от поражения электрическим током, а рабочее - нужно для нормального функционирования электрооборудования.
Таким образом заземлением называют электрическое соединения корпуса электроприборов с заземлителем.
Чтобы разобраться для чего нужно заземление, для начала разберёмся в каких случаях и почему нас бьет током. Главное, что нужно для протекания электрического тока - это разность потенциалов.
Это значит, что если вы стоите на полу и возьметесь за оголенный провод или другую токоведущую часть руками - то ток через ваше тело и пол стечёт в землю.
Внимание:
Переменный ток силой всего в 50 мА уже является опасным для человека.
А если вы обеими руками возьметесь за токоведущую часть и повисните на ней не касаясь земли, то скорее всего ничего не произойдёт, проверять это, конечно не стоит. Поэтому птиц не бьет током на проводах. Но вернёмся к разговору о заземлении. Как мы уже сказали, корпуса электроприборов заземляют. Для чего это нужно?
Проводка и другие узлы оборудования, такие как электродвигатели, ТЭНы и прочее в нормальном состоянии не имеют контактов фазы с корпусом прибора, металлорукавом или бронёй кабеля. Но в случае неполадок фаза может оказаться на корпусе. Это может произойти при повреждении изоляции обмоток двигателей и трансформаторов, пробоя диэлектрического слоя ТЭНов, повреждения изоляции соединительных проводов внутри прибора и кабельных линий.
В результате на корпусе окажется опасный потенциал, простым языком: корпус окажется "под фазой". Когда вы коснетесь его стоя босиком на плитке, бетонном и даже деревянном полу - вас ударит током. В худшем случае, это может привести к смерти.
Чаще всего такая ситуация возникает в результате , водонагревательных баков, проточных нагревателей. А особенно ярко такое ощущается при одновременном касании стиральной машины и водопроводных и отопительных труб, или в случае с водонагревательным баком, когда вы принимаете душ или ванную вас, бьёт током.
Последняя проблема решается организацией (заземлением ванны и других металлических частей водопровода).
Если корпус поврежденного прибора заземлён - опасное напряжение стечет на землю и (или) сработает защитный прибор - устройство защитного отключения (УЗО) или автоматический выключатель дифференциального тока (дифавтомат). Мы уже рассматривали что это за приборы и как они работают в статьях ранее:
Если корпус занулён - сработает , так как это будет коротким замыканием на корпус (ноль в данном случае). Дифавтоматы и УЗО определяют утечку тока путём сравнения токов фазного и нулевого провода - если ток в фазе больше чем в нуле, значит ток втекает в землю, через заземляющий провод или через тело человека. Такие приборы срабатывают при дифференциальном токе (разнице токов) обычно в 10 мА и более.
Поэтому - это сложное устройство с большим набором коммутационных защитных приборов, а наличие заземления является обязательным во всех зданиях, построенных или отремонтированных после 2003 года. То есть в них должна быть проложена 3-проводная однофазная или 5-проводная трёхфазная электропроводка. Если вы хотите высказать своё мнение по вопросам заземления - пишите в комментариях об этом.
Наличие заземляющего контакта в современных электророзетках стало привычным делом. Ему соответствует контакт на вилке любого электроприбора. Попробуем разобраться, зачем нужно заземление.
Что такое заземление
Заземлением называют подключение токопроводящих элементов, в норме не пребывающих под напряжением, к заземлителю - заглубленной в грунт металлической конструкции с низким электрическим сопротивлением. В качестве упомянутых токопроводящих элементов могут выступать металлический корпус электроустановки, рабочие органы машин или бытовых приборов и т.д.
Также заземляют экранирующие оплетки электрических кабелей.
Для чего нужно заземление
В зависимости от назначения, различают несколько видов заземления:- функциональное;
- для молниезащиты.
Защитное обеспечивает безопасную эксплуатацию электроустановок.
Функциональное используется для работы прибора или схемы - играет ту же роль, что и нулевой проводник в электросети.
В системах молниезащиты заземлитель подключается к молниеприемнику.
Принцип работы
Контур заземления функционирует за счет способности грунта поглощать электрический заряд. Если корпус оборудования в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, то заряд будет стекать в землю. Когда пользователь коснется корпуса, ток все равно будет двигаться по пути наименьшего сопротивления, то есть через заземление, а не через тело человека. Не будь заземления, в подобной ситуации пользователь получил бы электротравму.
Условием нормального функционирования заземления является низкое сопротивление заземлителя. Эта величина зависит от параметров грунта:
- плотность;
- влажность;
- соленость;
- площадь контакта с заземлителем.
Способность грунта впитывать заряд сильно падает при замерзании. Поэтому штыри заземлителя вбивают на глубину ниже отметки промерзания, зависящей от широты местности. Данные о глубине промерзания грунта для разных регионов Российской Федерации приведены в СНиП «Строительная климатология».
Наглядная демонстрация заземления
На каменистых, песчаных и вечномерзлых грунтах, в которые сложно заглубиться, применяют электролитические заземлители из Г-образной перфорированной трубы. Внутри содержится реагент, формирующий соленую среду. Последняя характеризуется высокой проводимостью и низкой температурой замерзания. Длинную часть заземлителя закапывают в неглубокую траншею, короткую выводят на поверхность. Ее используют трояко:
- для засыпки нового реагента;
- для заливки воды (провоцирует химическую реакцию в засушливый период).
Другой современный вариант заземлителя - . Состоит из множества секций, соединяемых резьбовым или иным способом. По мере забивания в грунт навинчиваются все новые и новые секции. Так что такой заземлитель, в отличие от классического из нескольких штырей, можно установить на любую глубину. Соединяют секции по особым правилам и с применением токопроводящей пасты. При забивании используют особую насадку, защищающую резьбу от повреждений. Модули выполнены из стали и покрыты медью или цинком, отчего их сопротивление падает, а срок службы увеличивается.
Электролитический и модульный заземлители стоят дорого, потому их традиционные аналоги остаются востребованными. Штыри в такой конструкции располагают по-разному:
- в вершинах равностороннего треугольника рядом с объектом;
- по углам объекта;
- по периметру объекта.
Число стержней и расстояние между ними определяются расчетом.
Сопротивление заземлителя периодически проверяют. Максимально допустимая величина - 30 Ом.
Совокупная защита заземляющих устройств и предохранителей
Заземление не только отводит опасный ток, но при наличии аппарата защиты вызывает отключение аварийного оборудования. При контакте фазного проводника с заземленным корпусом сеть работает в режиме, близком к короткому замыканию (КЗ), сопровождающемся резким увеличением силы тока в цепи. На это реагирует выключатель автоматический (ВА), обязательно устанавливаемый на вводе электрической линии на объект.
Правда, подобное возможно лишь при очень низком сопротивлении заземлителя, что бывает крайне редко. В большинстве случаев вероятность отключения ВА довольно низкая. К примеру, при сопротивлении заземлителя в 10 Ом ток в цепи составит I = 220 / 10 = 22 А. Автоматы, согласно требованиям ГОСТ, выдерживают в течение часа ток, в 1,42 раза превышающий номинальное значение. То есть автомат на 16 А при силе тока в 22 А не отключится в течение почти 60-ти мин (16 * 1,42 = 22,72 А).
Схема заземления
Более надежный автомат защиты - или . Этот прибор сравнивает токи в фазном и нулевом проводниках и при обнаружении разницы, свидетельствующей об утечке, разъединяет цепь. По чувствительности, то есть минимальной величине утечки тока, вызывающей срабатывание, УЗО делятся на несколько категорий:
- Защищающие от поражения электротоком: 10 мА – устанавливаются в помещениях с высокой влажностью и 30 мА – в сухих.
- Противопожарные – на 100, 300 и 500 мА.
Противопожарные УЗО применяют на объектах, где короткое замыкание может вызвать пожар. Ими защищают участки сети, где поражение током практически исключено, например, цепи освещения.
Не являются взаимозаменяемыми. ВА защищает от коротких замыканий и перегрузок, УЗО - от поражения электротоком. В идеале ввод и каждая группа потребителей должны быть защищены и ВА, и УЗО.
Заземленное неэлектрическое оборудование
К заземлителю подключаются и конструкции, никак с электричеством не связанные:
- Ограждения и прочие конструкции на эстакадах и галереях, в которых при разряде молнии на близком расстоянии наводится опасная разность потенциалов. То же может произойти с трубопроводом или емкостью, содержащими горючее вещество. Из-за наведенного напряжения возможно искрение с последующим взрывом, потому такие конструкции также заземляют.
- Изделия, в которых в процессе эксплуатации накапливается статический заряд. В основном это трубопроводы и емкости: статическое электричество образуется из-за трения частиц транспортируемой среды. По этой причине ограничивают скорость подачи топлива в авиалайнеры.
- Трубопроводы значительной протяженности. В соответствии с законом электромагнитной индукции, в таких трубопроводах при изменении магнитного поля Земли, а оно всегда нестабильно под действием солнечного ветра, образуются так называемые блуждающие токи. Потому их подключают с определенным шагом к заземлителям.
Отличие от зануления
Занулением называют подключение токопроводящих частей электроустановки к глухозаземленной нейтрали источника тока (к нулевой жиле). Ее сопротивление намного меньше сопротивления заземлителя. Потому при замыкании фазы на зануленный корпус устройства гарантированно возникает ток КЗ, приводящий к срабатыванию автоматического выключателя.
В наиболее распространенной системе заземления типа TN одновременно осуществляется и заземление, и зануление.
Подключение к нулевой жиле осуществляется выше УЗО. Иначе токи в фазном и нулевом проводниках после замыкания фазы на корпус останутся равными и аппарат защиты не сработает.
О системах заземления
Применяют несколько систем заземления, обозначаемых комбинацией букв. Буквы имеют следующее значение:
- I: изолированный проводник;
- N: имеется подключение к глухозаземленной нейтрали;
- Т: имеется подключение к заземляющему проводу.
Основных видов систем заземления три:
- Тип IT - система с изолированным нейтральным проводом. В данной системе изолирован от нейтрали либо контактирует с ней через резистор с высоким номиналом или воздушный промежуток. В жилых домах не применяется. Предназначена для подключения приборов, предъявляющих особые требования к безопасности и стабильности. В основном используется в лабораториях и лечебных учреждениях.
- Тип TT - система с независимыми заземлителями. Оптимальный вариант . Предусматривает использование двух заземлителей – для источника электротока и металлических элементов системы, не имеющих защиты. Провод заземления (РЕ) в этой системе независим, а его работоспособность на участке между оборудованием и трансформатором улучшена. Возможны сложности при подборе диаметра для собственного заземлителя. Этот недостаток компенсируется путем устройства системы защитного отключения.
- Тип TN. Провод заземления в такой системе совмещен с нейтралью, потому при пробое фазы на корпус происходит КЗ и автомат разъединяет цепь. Этим обеспечивается высокий уровень безопасности.
Различные системы заземления
Системы TN получили наибольшее распространение. Есть три их подвида:
- TN-S: вариант с нулевым и разделенным рабочим проводником. С целью повышения безопасности вместо одного нулевого провода применяется два: один используется как защитный, второй - как нейтральный с подключением к глухозаземленной нейтрали. Такая система обеспечивает наилучшую защиту от поражения током.
- TN и TN-C-S: вариант с PEN-проводом и парой нулей. К оборудованию подключается нулевой провод, расщепленный на жилы PE и N.
- В TN-C-S после разделения устанавливается второй заземлитель, чем обеспечивается бесперебойная работа системы.
Достоинства системы TN:
- устройство довольно простое;
- осуществляется защита от разрядов молнии;
- для защиты проводки достаточно установить автоматы от замыкания.
Недостатки:
- существует вероятность перегорания нуля снаружи с последующим пробоем металлических корпусов оборудования;
- требуется оборудование для уравнивания потенциалов.
Система TN мало подходит для сельских населенных пунктов.
От правильности организации заземления подчас зависят жизни людей. Под организацией подразумевается не только устройство, но и своевременный контроль сопротивления заземлителя. Из-за окисления или изменения параметров грунта оно может оказаться завышенным, вследствие чего защитный эффект заземления будет утрачен.
Работа современного электрооборудования недопустима без грамотно организованной защиты от случайного поражения электрическим током. Для этих целей используются специальные устройства, которые называются заземляющими. Таким образом, заземление — это преднамеренно организованная система, обеспечивающая нормальные условия функционирования электрооборудования.
О заземлении простыми словами
Само понятие «заземление» происходит от слова «земля», то есть почва или грунт, назначение которых – служить отводом для опасных токов, стекающих по специально организованной цепи. Для ее образования необходимо неразрывное соединение всех частей защитной системы, которое начинается от точки контакта корпуса заземляющего элемента и заканчивается погруженным в землю элементом заземляющего устройства (ЗУ).
Внешний контур заземления частного дома (слева). Заземление внутри помещения (справа), заземляющий проводник указан пунктирной линией.
Согласно определениям, приводимым в техдокументации, заземление это есть преднамеренное электрическое соединение металлических корпусов агрегатов со специальным заземляющим контуром. Исходя из рассмотренных фактов, можно сделать вывод, что заземлением называют преднамеренный электрический контакт защищаемого оборудования с грунтом.
Требования к заземлению
После того как разобрались с тем, что является определением самого понятия заземления – можно перейти к тем категориям и нормам, которые вводятся действующими стандартами. Согласно ПУЭ к заземляющему устройству в первую очередь предъявляются следующие требования:
- назначение ЗУ – эффективно отводить опасные токи в землю, для чего в их конструкции предусмотрен целый набор проводников и металлических прутьев;
- заземлению подлежат все части электроустановки, включая металлические дверцы щитов;
- суммарное переходное сопротивление контактов в системе заземления не должно превышать 4-30 Ом;
- при ее обустройстве в распределенных нагрузках обязательно использование системы выравнивания потенциалов (ее назначение – устранить неравномерность распределения напряжений).
Дополнительная информация: Поскольку основное назначение заземления состоит в обеспечении безопасности работающего с оборудованием персонала – при его эксплуатации особое внимание уделяется надежности функционирования.
Качество его работы обеспечивается целым комплексом профилактических мероприятий и периодически организуемых испытаний.
Для того чтобы ответить на поставленный вопрос потребуется ознакомиться с неисправностями, периодически возникающими в действующем электрооборудовании. Дело в том, что в процессе его длительной эксплуатации возможно разрушение изоляции и появление контакта оголенного провода силового питания с корпусом электроустановки.
Выступающие из земли на 10-15 см части стальных заготовок свариваются между собой металлическими пластинами шириной 40 мм (толщиной не менее 4-х мм). В верхней части одного из вертикальных электродов устраивается контактная зона в виде наваренного на него болта с резьбой. На ней посредством гайки крепится конец идущей от корпуса заземляемого прибора медной шины, сечение которой не должно быть менее 6 кв.мм.
Дополнительная информация: Для снижения сопротивления цепи стекания аварийного тока это соединение иногда делается сварным.
По завершении основных работ траншея с размещенной в ней конструкцией засыпается откинутой ранее землей, из которой удаляются камни и ненужный мусор.
Согласно требованиям ПУЭ любая заземляющая система должна соответствовать техническим нормативам в части предельно допустимого сопротивления току утечки. Его величина должна быть:
- менее 8 Ом в промышленных сетях с фазным напряжением 220/127 Вольт;
- менее 4 Ом для линейных напряжений 380 Вольт;
- не более 30 Ом в бытовых сетях (этот показатель считается предельно допустимым).
Прокладываемая от конструкции ЗУ медная жила вторым своим концом фиксируется на специальной планке, монтируемой на распределительном щитке объекта (дома, в частности). Ее называют главной заземляющей шиной (ГЗШ), а предназначается она для сборки всех защитных проводников в одном месте. Медные жилы расходятся от нее непосредственно к потребителям (через розетки к корпусам приборов).
Естественное и искусственное заземление
Естественное заземление – это предмет или сооружение, которое имеет надежный контакт с землей в силу выполняемых им функций. К этой категории можно отнести:
- водопроводные и отопительные трубы, проложенные непосредственно в земле;
- любые металлические конструкции и их элементы, имеющие хороший контакт с почвой;
- оболочки сварочных и подобных им кабелей;
- металлические закладные и шпунты и т.п.
Стоит заметить! На обустройство функционального заземления в этом случае не потребуется специальных усилий, так как элементы естественного заземлителя уже готовы к подключению заземляющих проводников.
В ситуации, когда такие системы найти не удается – приходится заниматься монтажом самодельных ЗУ.
Искусственным заземлением считается преднамеренно организованный электрический контакт двух тел, одним из которых является защищаемый прибор, а вторым – так называемый «заземляющий контур». Эта его составляющая представляет собой специальную распределенную (иногда – точечную) конструкцию на основе металлических стержней, размещаемых глубоко в земле.
Как правило, в качестве вертикально забиваемых электродов применяются стальные прутки диаметром до 12 мм, имеющие длину не менее 2,5 метра. Для обустройства горизонтальных перемычек, обеспечивающих электрический контакт двух тел, берутся металлические уголки 50x50x6 мм и длиной 2,5-3 метра (их можно заменить трубами диаметром порядка 6 мм и более).
Для чего нужно заземление Видео
Чтобы разобраться в том, зачем нужно заземление в доме – придется ознакомиться с его основным назначением. Как уже отмечалось в ранее представленном разделе, заземление служит для защиты человека от опасного потенциала, случайно оказавшегося на корпусе действующего оборудования. С порядком его работы и назначением проще всего ознакомиться на многочисленных примерах, представленных на видеороликах.
В заключение отметим, что понимание назначения заземления поможет сберечь здоровье работающих с электрооборудованием людей.
Защитное заземление -- это система, созданная для предупреждения воздействия электрического тока на человека, путём преднамеренного соединения с землёй корпуса и нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением. Системы заземления могут быть естественными и искусственными.
Что такое заземление и зачем оно нужно?
Заземляющие устройства представляют собой преднамеренное соединение проводниками электрического типа различных точек электросети.
Назначение заземления заключается в предотвращении воздействия электрического тока на человека. Ещё одно назначение защитного заземления -- отведение напряжения с корпуса электроустановки через устройство заземления на землю.
Основная цель применения заземления -- снижение уровня потенциала между точкой, которая заземляется и землёй. Тем самым понижается сила тока до наименьшего уровня и уменьшается количество поражающих факторов при соприкосновении с деталями электрических приборов и установок, в которых произошел пробой на корпус.
Что такое нейтраль?
Нейтраль -- это нулевой защитный проводник, который соединяет между собой нейтрали электроустановок в трехфазных сетях электрического тока. Сфера использования -- зануление электроустановок.
Понижающая подстанция, где находится трансформаторная установка, оснащена своим контуром заземления. Этот контур состоит из стальной шины и прутов, закопанных специальным образом в землю. К источникам потребления в электрощиток от подстанции проложен кабель, имеющий 4 жилы. Когда потребителю электроэнергии нужно питание от цепи трехфазного типа, то все 4 жилы должны быть подключены. Когда к жилам подключается разная нагрузка, в системе происходит смещение нейтрали, чтобы предотвратить это смещение, используется нулевой проводник. Он помогает симметрично распределить нагрузку на все фазы.
Что такое PE и PEN проводники?
PEN-проводник -- это проводник, совмещающий в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника. Он идет от подстанции и разделяется на PE и N проводники, непосредственно у потребителя.
PE-проводник -- это защитное заземление, которое мы используем, например, в квартире в розетке с заземлением. PE-проводник используется для заземления устройств, установок и приборов, где уровень напряжения не превышает 1 кВ.
Данный тип заземления используется только для гарантии безопасности. Такое заземление обеспечивает непрерывное соединение всех открытых и внешних деталей. Механизм обеспечивает стекание тока на землю, которое появилось вследствии попадания электрического тока на корпус какого-либо устройства.
PEN-проводник (объединение нулевого защитного и нулевого рабочего проводника) применяется при использовании системы заземления типа TN-C.
Виды систем искусственного заземления
В классификации систем заземления есть естественные и искусственные типы заземления.
Системы заземления искусственного типа:
- TN-S;
- TN-C;
- TNC-S;
Виды заземления -- расшифровка названия:
- T -- заземление;
- N -- подсоединение проводника к нейтрали;
- I -изолирование;
- C -- объединение опций функционального и нулевого провода защитного типа;
- S -- раздельное использование проводов.
Многих людей интересует вопрос о том, что называют рабочим заземлением. По-другому его называют функциональным. Ответ на данный вопрос даёт пункт 1.7.30 ПУЭ. Это заземлерие точек токоведущих частей электрической установки. Применяется для обеспечения функционирования электрических приборов или установок, а не в защитных целях.
Также многих волнует вопрос о том, а что такое защитное заземление. Это процесс заземления устройств с целью обеспечения электробезопасности.
Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN
К таким системам относятся:
- TN-C;
- TN-S;
- TNC-S;
Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система -- система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.
TN включает в себя такие элементы, как:
- заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
- внешние проводящие части устройства;
- проводник нейтрального типа;
- совмещенные проводники.
Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.
Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.
Система TN-C
В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название -- Terre-Neutre-Combine.
Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.
Недостатки:
- возрастает вероятность получения удара током;
- возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
- высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
- такая система защищает только от короткого замыкания.
Система TN-S
Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.
Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 -- это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.
Конструкция:
- PN -- нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
- PE -- глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.
Преимущества:
- легкость монтажа;
- низкая стоимость покупки и содержания системы;
- высокая степень электробезопасности;
- не требуется создание контура;
- возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.
Система TN-C-S
TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.
Достоинства:
- простое устройство защитного механизма от попадания молний;
- наличие защиты от короткого замыкания.
Минусы использования:
- слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
- возможность появления фазного напряжения;
- высокая стоимость монтажа и содержания;
- напряжение не может быть отключено автоматикой;
- отсутствует защита от тока на открытом воздухе.
Система TT
TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.
TT монтируется по схеме четырех проводников:
- 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
- 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.
Преимущества TT:
- высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
- защита от КЗ;
- возможность использования на электроустановках высокого напряжения.
Недостатки:
- сложное устройство защиты от молний;
- невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.
Системы с изолированной нейтралью
В ходе передачи и распределения электрического тока на потребителей применяется трехфазная система. Это дает возможность обеспечить симметричность и равномерное распределение нагрузки по току.
Такое устройство создает режим, предусматривающий использование трансформаторной будки и генераторов. Их нейтральные точки не оснащены контуром заземления.
Изолированный тип нейтрали применяется в схеме питания при соединении вторичных обмоток трансформаторных установок по схеме треугольника и при отсутствии питания во время аварийный ситуаций. Такая сеть представляет собой замещающую цепь.
Изолированная нейтраль способствует пробиванию изоляционного покрытия при коротком замыкании и возникновению короткого замыкания на других фазах.
Система IT
Система IT с напряжением до 1000 В обеспечивает заземление через высокий уровень сопротивления и оснащена нейтралью источника питания.
Все внешние элементы электроустановки, которые выполнены из материалов, проводящих ток, заземляются. Среди преимуществ можно выделить невысокие показатели утечки тока во время однофазного КЗ электрической сети. Установка с таким механизмом может функционировать долгое время даже при аварийных ситуациях. Между потенциалами отсутствует разность.
Недостаток: защита от тока не срабатывает при замыкании на землю. Во время работы в режиме однофазного КЗ возрастает вероятность поражения током при прикосновении ко второй фазе установки.
Электрическое соединение предмета из проводящего материала с землёй. Заземление состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемое устройство с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы.
Качество заземления определяется значением электрического сопротивления цепи заземления, которое можно снизить, увеличивая площадь контакта или проводимость среды - используя множество стержней, повышая содержание солей в земле и т.д. в России требования к заземлению и его устройство регламентируются .
Проводники защитного заземления во всех электроустановках, а также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе шины, должны иметь буквенное обозначение РЕ и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) желтого и зеленого цветов.
Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах.
Ошибки в устройстве заземления
Неправильные PE-проводники
Иногда в качестве заземлителя используют водопроводные трубы или трубы отопления, однако их нельзя использовать в качестве заземляющего проводника. В водопроводе могут быть непроводящие вставки (например, пластиковые трубы), электрический контакт между трубами может быть нарушен из-за коррозии, и, наконец, часть трубопровода может быть разобрана для ремонта.
Объединение рабочего нуля и PE-проводника
Другим часто встречающимся нарушением является объединение рабочего нуля и PE-проводника за точкой их разделения (если она есть) по ходу распределения энергии. Такое нарушение может привести к появлению довольно значительных токов по PE-проводнику (который не должен быть токонесущими в нормальном состоянии), а также к ложным срабатываниям устройства защитного отключения (если оно установлено). Неправильное разделение PEN-проводника
Крайне опасным является следующий способ «создания» PE-проводника: прямо в розетке определяется рабочий нулевой проводник и ставится перемычка между ним и PE-контактом розетки. Таким образом, PE-проводник нагрузки, подключенной к этой розетке, оказывается соединенным с рабочим нулем.
Опасность данной схемы в том, что на заземляющем контакте розетки, а следовательно, и на корпусе подключенного прибора появится фазный потенциал, при выполнении любого из следующих условий:
- Разрыв (рассоединение, перегорание и т.д.) нулевого проводника на участке между розеткой и щитом (а также далее, вплоть до точки заземления PEN-проводника);
- Перестановка местами фазного и нулевого (фазный вместо нулевого и наоборот) проводников, идущих к этой розетке.
Защитная функция заземления
Защитное действие заземления основано на двух принципах:
Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств ().
Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием устройств защитного отключения. В этом случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземленных предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный участок сети будет отключен в течение очень короткого времени (десятые сотые доли секунды - время срабатывания УЗО).
Работа заземления при неисправностях электрооборудования Типичный случай неисправности электрооборудования - попадание фазного напряжения на металлический корпус прибора вследствие нарушения изоляции. В зависимости от того, какие защитные мероприятия реализованы, возможны следующие варианты:
Корпус не заземлен, УЗО отсутствует (наиболее опасный вариант). Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это никак не будет обнаружено. Прикосновение к такому неисправному прибору может быть смертельно опасным.
Корпус заземлен, УЗО отсутствует. Если ток утечки по цепи фаза-корпус-заземлитель достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то предохранитель сработает и отключит цепь. Наибольшее действующее напряжение (относительно земли) на заземленном корпусе составит Umax=RGIF, где RG ? сопротивление заземлителя, IF ? ток, при котором срабатывает предохранитель, защищающий эту цепь. Данный вариант недостаточно безопасен, так как при высоком сопротивлении заземлителя и больших номиналах предохранителей потенциал на заземленном проводнике может достигать довольно значительных величин. Например, при сопротивлении заземлителя 4 Ом и предохранителе номиналом 25 А потенциал может достигать 100 вольт.
Корпус не заземлен, УЗО установлено. Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это не будет обнаружено до тех пор, пока не возникнет путь для прохождения тока утечки. В худшем случае утечка произойдет через тело человека, коснувшегося одновременно неисправного прибора и предмета, имеющего естественное заземление. УЗО отключает участок сети с неисправностью, как только возникла утечка. Человек получит лишь кратковременный удар током (0,010,3 секунды - время срабатывания УЗО), как правило, не причиняющий вреда здоровью.
Корпус заземлен, УЗО установлено. Это наиболее безопасный вариант, поскольку два защитных мероприятия взаимно дополняют друг друга. При попадании фазного напряжения на заземленный проводник ток течет с фазного проводника через нарушение изоляции в заземляющий проводник и далее в землю. УЗО немедленно обнаруживает эту утечку, даже если та весьма незначительна (обычно порог чувствительности УЗО составляет 10 мА или 30 мА), и быстро (0,010,3 секунды) отключает участок сети с неисправностью. Помимо этого, если ток утечки достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то может также сработать и предохранитель. Какое именно защитное устройство (УЗО или предохранитель) отключит цепь - зависит от их быстродействия и тока утечки. Возможно также срабатывание обоих устройств.
Типы заземления
TN-C
Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combine) предложена немецким концерном АЭГ (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник (Protection Earth) в этой системе совмещены в один провод. Самым большим недостатком было образование линейного напряжения (в 1,732 раза выше фазного) на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля.
Несмотря на это, на сегодняшний день можно встретить данную в постройках стран бывшего СССР.
TN-S
На замену условно опасной системы TN-C в 1930-х была разработана система TN-S (фр. Terre-Neutre-Separe), рабочий и защитный ноль в которой разделялись прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой довольно сложную конструкцию металлической арматуры.
Таким образом, при обрыве рабочего нуля в середине линии, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Позже такая система заземления позволила разработать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные почувствовать незначительный ток. Их работа и по сей день основывается на законах Киргхофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току.
Также можно наблюдать систему TN-C-S, где разделений нулей происходит в середине линии, однако в случае обрыва нулевого провода до точки разделения корпуса окажутся под линейным напряжением, что будет представлять угрозу для жизни при касании.
