Заземление и зануление электроустановок: функции, специфика, устройство

Вся наша жизнь неотделима от всевозможных электрических приборов. Выход из строя любого электрооборудования – это частое и вполне нормальное явление, ни одно устройство не может работать вечно и без единого сбоя. Наша задача — обезопасить этих электрических помощников от короткого замыкания или возникающих в цепи перегрузок, а себя – от повреждения организма высоким напряжением. В первом случае на помощь приходят всевозможные защитные аппараты, а вот для защиты человека применяется заземление и зануление электроустановок. Это одна из самых сложных частей электрики, но мы попробуем разобраться, в чем же различие этих работ, и в каких случаях нужно применять те или иные защитные меры.

Содержание

Средства защиты от электроударов
Что такое заземление
Классификация систем заземления

Устаревшая система TN-C
Для модернизации старых домов TN-C-S
Специфика системы TN-S
Система TT, особенности
Характерные отличия системы IT

Что такое зануление
Зануление и заземление: в чем разница?
Требования к заземлению (занулению)
Что и когда необходимо заземлять

Средства защиты от электроударов

Если автоматы, пробки и другие защитные устройства не срабатывают на возникшую неисправность, и в результате образуется пробой внутренней изоляции, на металлическом корпусе установки возникает повышенное напряжение. Касание человеком такого прибора может привести к параличу мышц (при силе тока 20-25 мА), препятствующему самостоятельному отрыву от контакта, аритмии, нарушениям тока крови (при 50-100 мА) и даже летальному исходу.

Если части электроустановки в силу технических особенностей должны находиться под напряжением, то их обязательно ограждают в соответствии с общепринятой техникой безопасности, например, специальными кожухами, барьерами или сетчатыми заграждениями. Для того чтобы предотвратить случайное поражение током при повреждении изоляционных слоев, применяется защитное заземление и зануление. Чтобы понять, чем отличается заземление от зануления, нужно знать, что они собой представляют.

Что такое заземление

Часто начинающие электрики не совсем понимают, в чем же заключается отличие зануления от заземления. Заземление – это соединение электроустановки с землей с целью снижения напряжения прикосновения до минимума. Оно применяется только в сетях с изолированной нейтралью. В результате установки заземляющего оборудования большая часть тока, поступающая на корпус, должна уйти по заземляющей части, сопротивление которой должно быть меньше остальных участков цепи.

Но это не единственная функция заземления. Защитное заземление электроустановок еще и способствует увеличению аварийного тока замыкания, как бы это ни противоречило его назначению. При использовании заземлителя с высоким значением сопротивления ток замыкания может быть слишком мал для срабатывания защитных устройств, и установка в аварийной ситуации останется под напряжением, представляя огромную опасность для человека и животных.

Заземлитель с проводниками образует заземляющее устройство, где он, по сути, и есть проводник (группа проводников), соединяющий токопроводящие части установок с землей. По назначению эти устройства разделяются на следующие группы:

грозозащитные, для отвода импульсного тока молнии. Применяются для заземления молниеотводов и разрядников;
рабочие, для поддержания необходимого режима работы электроустановок, как в нормальных, так и в аварийных ситуациях;
защитные, для предотвращения повреждения живых организмов электрическим током, возникающим при пробое фазного провода на металлический корпус устройства.

Все заземлители делятся на естественные и искусственные.

Естественные – это трубопроводы, металлоконструкции железобетонных сооружений, обсадные трубы и другие.

Искусственные заземлители – это конструкции, сооружаемые специально для этой цели, то есть стальные стержни и полосы, уголковая сталь, некондиционные трубы и другое.

Важно: для использования в качестве естественного заземления не подходят трубопроводы горючих жидкостей и газов, трубы, покрытые антикоррозийной изоляцией, алюминиевые проводники и оболочки кабелей. Категорически запрещается использовать в качестве заземляющих проводников в жилых помещениях водопроводные и отопительные трубы.

Классификация систем заземления

В зависимости от схемы соединения и количества нулевых защитных и рабочих проводником можно выделяются следующие системы заземления электроустановок:

TN-C;
TN-C-S;
TT;
IT.

Первая буква в названии системы говорит о типе заземления источника питания:

I – токоведущие части полностью изолированы от земли;
T – нейтраль источника питания соединяется с землей.

По второй букве можно определить, каким образом заземлены открытые проводящие части электроустановки:

N – непосредственная связь с точкой заземления источника питания;
T – непосредственная связь с землей.

Буквы, стоящие сразу за N, через дефис, говорят о способе устройства защитного PE и рабочего N нулевых проводников:

C – функции проводников обеспечиваются одним проводником PEN;
S – функции проводников обеспечиваются разными проводниками.

Устаревшая система TN-C

Такое заземление электроустановок используется в трехфазных четырехпроводных и однофазных двухпроводных сетях, которые преобладают в зданиях старого образца. К сожалению, эта система, несмотря на свою простоту и доступность, не позволяет достичь высокого уровня электробезопасности и на вновь строящихся зданиях не применяется.

Для модернизации старых домов TN-C-S

Защитное заземление электроустановок такого типа используется преимущественно в реконструируемых сетях, где рабочий и защитный проводники объединены во вводном устройстве схемы. Другими словами, эта система используется в том случае, если в старом здании, где эксплуатируется заземление типа TN-C, планируется расположить компьютерную технику или другие телекоммуникации, то есть для осуществления перехода к системе TN-S. Эта относительно недорогая схема отличается высоким уровнем безопасности.

Система TN-C-S позволяет перейти от устаревшей TN-C к TN-S

Специфика системы TN-S

Такая система отличается расположением нулевого и рабочего проводников. Здесь они прокладываются отдельно, причем нулевой защитный проводник PE соединяет сразу все токопроводящие части электроустановки. Чтобы избежать повторного заземления, достаточно устроить трансформаторную подстанцию, имеющую основное заземление. К тому же такая подстанция позволяет добиться минимальной длины проводника от входа кабеля в электроустановку до заземляющего устройства.

Система TN-S:1. Заземлитель;2. Токопроводящие части установки.

Система TT, особенности

Система, где все токоведущие открытые части непосредственно связаны с землей, причем заземлители электроустановки не имеют электрической зависимости от заземлителя нейтрали подстанции, получила название TT.

Система заземления TT отличается наличием заземлителей на каждую токопроводящую часть установки

Характерные отличия системы IT

Отличием этой системы является изоляция нейтрали источника питания от земли или ее заземление через устройства с большим сопротивлением. Такой способ позволяет максимально снизить ток утечки на корпус или в землю, поэтому его лучше использовать в зданиях, где установлены жесткие требования по электробезопасности.

Система IT:1. Сопротивление заземления нейтрали источника питания.2. Заземлитель.3. Открытые токопроводящие части.4. Заземляющее устройство.

Что такое зануление

Зануление – это соединение металлических частей, не находящихся под напряжением, либо с заземленной нейтралью понижающего источника трехфазного тока, либо с заземленным выводом генератора однофазного тока. Используется для того, чтобы при пробое изоляции и попадании тока на любую нетоковедущую часть устройства, происходило короткое замыкание, приводящее к быстрому срабатыванию автоматического выключателя, перегоранию плавких предохранителей или реакции прочих систем защиты. В основном применяется в электроустановках с глухозаземленной нейтралью.

Принципиальная схема зануления электроустановок

Дополнительная установка УЗО в линию приведет к его срабатыванию в результате разности сил тока в фазном и нулевом рабочем проводе. Если будут установлены и УЗО, и автоматический выключатель, то пробой приведет к срабатыванию либо обоих устройств, либо к включению более быстродействующего элемента.

Важно: При установке зануления необходимо учитывать, что ток короткого замыкания обязательно должен достигать значения плавления вставки предохранителя или отключения автоматического выключателя, иначе свободное протекание тока замыкания по цепи приведет к возникновению напряжения на всех зануленных корпусах, а не только на поврежденном участке. Причем значение этого напряжения будет равно произведению сопротивления нулевого проводника на ток замыкания, а значит чрезвычайно опасным для человеческой жизни.

За исправностью нулевого провода необходимо следить самым тщательным образом. Его обрыв приводит к появлению напряжения на всех зануленных корпусах, так как они автоматически оказываются подключенными к фазе. Именно поэтому категорически запрещается монтаж в нулевой провод любых средств защиты (выключателей или предохранителей), образующих его разрыв при срабатывании.

Для того чтобы уменьшить вероятность повреждения током при обрыве нулевого провода, через каждые 200 м линии выполняются повторные заземления. Такие же меры принимаются на концевых и вводных опорах. Сопротивление каждого повторного заземлителя не должно превышать 30 Ом, а общее сопротивление всех таких заземлений – 10 Ом.

Зануление и заземление: в чем разница?

Главная разница между занулением и заземлением заключается в том, что при заземлении безопасность обеспечивается быстрым снижением напряжения тока, а при занулении – отключением участка цепи, в котором случился пробой тока на корпус или любую другую часть электроустановки, при этом в промежуток времени между замыканием и прекращением подачи питания происходит снижение потенциала корпуса электроустановки, в противном случае через тело человека пройдет разряд электрического тока.

Электрическая схема заземления и зануления

Требования к заземлению (занулению)

Во всех электроустановках, где нейтраль изолирована, обязательно выполняется защитное заземление, а также должна предусматриваться возможность быстрого поиска замыканий на землю.

Если устройство имеет глухозаземленную нейтраль, а его напряжение менее 1000 В, то можно применять только зануление. При оснащении такой электроустановки разделяющим трансформатором, вторичное напряжение должно быть не более 380 В, понижающим – не более 42 В. При этом от разделяющего трансформатора разрешается питать только один электроприемник с номинальным током защитного устройства не более 15 А. В этом случае запрещается заземление или зануление вторичной обмотки.

Если нейтраль трехфазной сети до 1000 В изолирована, то такие электроустановки должны иметь защиту от пробоя в результате повреждения изоляции между обмотками трансформатора и пробивной предохранитель, который монтируется в нейтраль или фазу со стороны нижнего напряжения.

Что и когда необходимо заземлять

Защитное заземление и зануление электроустановок необходимо проводить в следующих случаях:

При переменном номинальном напряжении свыше 42 В и постоянном номинальном свыше 110 В особо опасных и наружных установках.

При переменном напряжении свыше 380 В и постоянном свыше 440 В в любых электроустановках.

Заземляются корпуса электроустановок, приводы аппаратов, каркасы и металлические конструкции распределительных шкафов и щитов, вторичные обмотки трансформаторов, металлические оболочки кабелей и проводов, кабельные конструкции, шинопроводы, короба, тросы, стальные трубы электропроводки и электрооборудование, расположенное на движущихся частях механизмов.

В жилых и общественных зданиях обязательно подлежат занулению (заземлению) электроприборы мощностью свыше 1300 Вт. Если подвесные потолки выполнены из металла, то необходимо заземлить все металлические корпуса осветительных приборов. Ванны и душевые поддоны, выполненные из металла, должны соединяться с водопроводными трубами металлическими проводниками. Делается это для выравнивания электрических потенциалов. Для заземления корпусов кондиционеров воздуха, электроплит и других электроприборов, мощность которых превышает 1300 Вт, применяется отдельный проводник, присоединяемый к нулевому проводнику сети питания. Его сечение и сечение фазного провода, проложенного от распределительного щита, должны быть равными.

Для выравнивания электрических потенциалов ванну следует обязательно замкнуть на водопроводные трубы

С полным перечнем оборудования, требующего заземления или зануления, а также устройств, где наоборот, допускается пренебречь этими защитными мероприятиями, можно ознакомиться в ПУЭ (Правилах устройства электроустановок). Здесь же можно найти все основные правила заземления электроустановок.

Устройство заземления и зануления — это весьма ответственная работа. Малейшая ошибка в расчетах или пренебрежение, казалось бы, одним незначительным требованием может привести к большой трагедии. Выполнять заземление обязаны только люди, имеющие необходимые знания и опыт работы.