Заземление и зануление: в чем разница, защитное заземление

Заземление и зануление, в чем разница?

Между этими двумя способами существуют отличия:

при заземлении избыточный ток и возникшее на корпусе напряжение отводятся непосредственно в землю, а при занулении сбрасываются на ноль в щитке;
заземление является более эффективным способам в вопросе защиты человека от поражения электрическим током;
при использовании заземления безопасность получается за счет резкого уменьшения напряжения, а применение зануления обеспечивает выключение участка линии, в которой случился пробой на корпус;
при выполнении зануления, чтобы правильно определить нулевые точки и выбрать метод защиты потребуется помощь специалиста электрика, а сделать заземление, собрать контур и углубить его в землю может любой домашний мастер-умелец.

Заземление является системой отвода напряжения через находящийся в земле треугольник из металлического профиля, сваренного в местах соединения. Правильно устроенный контур дает надежную защиту, но при этом должны соблюдаться все правила. В зависимости от требующегося эффекта выбирается заземление и зануление электроустановок. Отличие зануления в том, что все элементы прибора, которые в нормальном режиме не находятся под током, подсоединяются к нулевому проводу. Случайное касание фазы к зануленным деталям прибора приводит к резкому скачку тока и отключению оборудования.

Сопротивление нейтрального нулевого провода в любом случае меньше этого же показателя контура в земле, поэтому при занулении возникает короткое замыкание, которое в принципе невозможно при использовании земляного треугольника. После сравнения работы двух систем становится понятно, в чем разница. Заземление и зануление отличаются по способу защиты, так как велика вероятность отгорания со временем нейтрального провода, за чем нужно постоянно следить. Зануление применяется очень часто в многоэтажных домах, так как не всегда есть возможность устроить надежное и полноценное заземление.

Заземление не зависит от фазности приборов, тогда как для устройства зануления необходимы определенные условия подключения. В большинстве случаев первый способ превалирует на предприятиях, где по требованиям техники безопасности предусматривается повышенная безопасность. Но и в быту в последнее время часто устраивается контур для сброса возникающего излишнего напряжения непосредственно в землю, это является более безопасным методом.

Защита при заземлении касается непосредственно электрической цепи, после пробоя изоляции за счет перетекания тока в землю значительно снижается напряжение, но сеть продолжает действовать. При занулении полностью отключается участок линии.

Заземление в большинстве случаев используют в линиях с устроенной изолированной нейтралью в системах IT и ТТ в трехфазных сетях с напряжением до 1 тыс. вольт или свыше этого показателя для систем с нейтралью в любом режиме. Применение зануления рекомендовано для линий с заземленным глухо нейтральным проводом в сетях TN-C-S, TN-C, TN-S с имеющимися в наличии N, PE, PEN проводниками, это показывает в чем разница. Заземление и зануление, несмотря на отличия, являются системами защиты человека и приборов.

Объясните назначение и принцип действия защитного заземления( со схемами)

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Рис.1 Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000В и выше

б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000В

1 – заземленное оборудование;

2 – заземлитель защитного заземления

3 – заземлитель рабочего заземления

r_в и r_о – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

I_в – ток замыкания на землю

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3…5см и стальные уголки размером от 40*60 до 60*60мм и длиной 2,5…,м.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономую. Недостатками естественных заземлителей является доступность их неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

Устройство защитных токовых отводов при работе с трехфазным электрическим оборудованием

Коммутация трехфазных потребителей электроэнергии отличается от подключения обычной бытовой электротехники, поэтому устройство защитных систем осуществляется иным способом. При этом не нужно путать нулевой или заземляющий провод, участвующий в системе управления, то есть, задействованный в схему пуска и остановки агрегата, с защитным проводником, предназначенным для отведения опасного разряда на землю.

Оформление, разводка, подключение электрооборудования

Работы производятся в несколько этапов:

По периметру помещения обустраивается отдельная линия (трасса), выполненная из узкой металлической полосы 40х3 мм или медного провода сечением 16 мм.кв.
На ней в скрытом месте монтируется шина (желательно медная) с контактными приспособлениями (шпильками или отверстиями для болтовых соединений). Допускается использование металлической шины, но в этом случае приваривание шпилек – обязательное условие.
Эта линия соединяется с контуром заземления или зануления, выведенным отдельным проводом от распределительного щита и имеющим надежную связь с землей либо прямую, либо через рабочий ноль
Корпуса всех потребителей (трехфазных электродвигателей) через медный провод соединяются с описанной шиной.

При возникновении короткого замыкания от утечки напряжения из-за нарушения изоляции или «пробития» одной из фаз на корпус заземленного электрооборудования, ток сразу будет уходить в землю по пути наименьшего сопротивления, то есть через соединенную с рабочим нулем или землей жилу. Это сохранит человека от поражения электротоком при касании корпуса прибора.

Устройство зануления допускается только в случае отсутствия возможности коммутации с земляным контуром. Во всех иных случаях правильным считается только защитное заземление.

Агрегат через медный провод соединен с шиной, смонтированной от заземляющей трассы

Обязательное использование дополнительных защитных устройств

Описанные заземляющие и зануляющие системы эффективны при возникновении значительных утечек или коротких замыканий на корпус электроприборов. Однако для достижения полной безопасности при обслуживании оборудования необходимо применение дополнительных средств защиты, обеспечивающих разрыв электрической цепи при возникновении нарушений их работы.

На производственных предприятиях это могут быть блоки автоматики (контроля изоляции БКИ или максимальной токовой защиты). Но наиболее распространенными средствами, как на производстве, так и в быту, являются автоматические выключатели и устройства защитного отключения, которые:

обеспечат обесточивание электрической цепи в случае возникновения неполадок;
защитят пользователя от поражения электрическим током;
предохранят технику от возгорания.

Такие приборы могут иметь исполнение для однофазных или трехфазных систем. Они бывают:

однополюсные – устанавливаются на одну из линий (ноль, фаза);
двухполюсные – устанавливаются на оба провода электропроводки;
многополюсные (три и более) – используются при трехфазном напряжении.

Схема бытовой проводки с РЕ-проводником заземления и защитой ВА и УЗО

Автоматический выключатель производит отключение при превышении токовой нагрузки номинального значения, указанного на корпусе прибора. УЗО контролирует состояние электросети и срабатывает при появлении самых незначительных утечек тока.

Система с изолированной нейтралью IT

В IT нейтраль физически не имеет контакта с землей или имеет, но через устройства имеющие большое сопротивление, а токопроводящие элементы системы при этом заземляются.

Расшифровывается IТ как:

I – (от английского isolation) изолированная нейтраль;

Т – обозначает наличие локального (местного) заземления частей электроустановок;

В таких системах ток утечки на корпус или землю будет довольно низким и не окажет влияния на работу оборудования.

Применяют IT в установках специального назначения, с повышенными требованиями к надежности и безопасности (например, в больницах для реализации аварийного электроснабжения).

Заземление

Под понятие заземления попадают конструкции, соединяющие установки, которые используют электроэнергию, с землей. Благодаря этому при прикосновении к поверхности, находящейся под напряжением, полученный человеком заряд сводится к минимуму.

Используют данный способ только в электрооборудовании с изолированной нейтралью. Благодаря соединению земли с корпусом установки, при повреждении изоляции ток должен уходить по заземляющей части из-за меньшего сопротивления.

Заземление частного дома

Еще одна функция, выполняющаяся заземлением – это увеличение аварийного тока замыкания. Это необходимо, чтобы защитное электрическое устройство срабатывало во время попадания нетоковедущих частей под напряжение. Обусловлено это тем, что установке заземления, которое имеет достаточно высокий уровень сопротивления, может быть недостаточно тока замыкания. Такая ситуация опасна тем, что несмотря на аварийное состояние оборудования, защита не срабатывает и опасность поражения рабочего персонала остается высокой.

Заземляющее устройство по своему строению представляет собой один или целую группу проводников, которые соединяют токопроводящие элементы с землей. Существует несколько основных типов заземления:

Рабочий тип. Основное предназначение – обеспечение бесперебойной работы электрооборудования как при штатном режиме функционирования, так и при аварийном.
Защитный тип. Предназначен для обеспечения безопасности при работе с электроустановками. Главной причиной возникновения опасности в оборудовании является пробой токоведущего провода на рабочую поверхность или корпус.
Грозозащитный тип. Главное предназначение – отвод разряда молнии, попавшего в разрядник или молниеотвод.

Кроме разделения на типы, заземляющие устройства отличаются в следующем:

Искусственно изготовленное заземление. Данный вид конструкций изготавливается специально для обеспечения защиты от напряжения. Состоят они из таких элементов, как провода и стержни из металла, трубы некондиционного типа, стальные уголковые приспособления.
Естественное заземление. К этой категории относятся конструкции, изготовленные из металла, но изначально не предназначенные для обеспечения защиты от напряжения. Обычно в качестве естественного заземления используют обсадные трубы, трубопровод, сооружения из железобетона.

Опознавательный знак заземления

Стоит отметить, что естественный вид заземления используют при соблюдении определенных правил. Основное из них – это запрет на эксплуатацию конструкций, которые предназначены для передачи горючих жидкостей или газов. Также для вышеупомянутой цели не подходят проводники, сделанные из алюминия или трубы, поверхность которых покрыта антикоррозийным слоем изоляции.

Ошибки в реализации зануления [ править | править код ]

Иногда считают, что заземление на отдельный контур, не связанный с нулевым проводом сети, лучше, потому что при этом нет сопротивления длинного PEN-проводника от электроустановки потребителя до заземлителя КТП (комплектной трансформаторной подстанции). Такое мнение ошибочно, потому что сопротивление заземления, особенно кустарного, гораздо больше сопротивления даже длинного провода. И при замыкании фазы на заземлённый таким образом корпус электроприбора ток замыкания из-за большого сопротивления местного заземления может оказаться недостаточным для срабатывания АВ (автоматического выключателя) или предохранителя, защищающего эту линию. В таком случае корпус прибора будет находиться под опасным потенциалом. Кроме того, даже если применить АВ небольшого номинала, срабатывающий от тока замыкания на землю, всё равно обеспечить требуемое ПУЭ время автоматического отключения повреждённой линии практически невозможно.

Поэтому раньше, до начала массового применения УЗО, заземление корпусов электроприёмников без их зануления (то есть заземление по системе ТТ) вообще не допускалось. Пункт 1.7.39 ПУЭ -6:

Направленное движение заряженных частиц, которое называется электрическим током, обеспечивает комфортное существование современному человеку. Без него не работают производственные и строительные мощности, медицинские приборы в больницах, нет уюта в жилище, простаивает городской и междугородный транспорт. Но электричество является слугой человека только в случае полнейшего контроля, если же заряженные электроны смогут найти другой путь, то последствия окажутся плачевными. Для предупреждения непредсказуемых ситуаций применяют специальные меры, главное – понять, в чем разница. Заземление и зануление защищают человека от удара током.

Направленное движение электронов осуществляется по пути наименьшего сопротивления. Чтобы избежать прохождения тока через человеческое тело, ему предлагается другое направление с наименьшими потерями, которое обеспечивает заземление или зануление. В чем разница между ними, предстоит разобраться.

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.

Разновидности систем заземления

Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» регламентирует следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT. Система TN-C

Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combine) предложена немецким концерном AEG в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник (англ. ProtectionEarth) в этой системе совмещены в один провод. Самым большим недостатком была возможность появления фазного напряжения на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля. Несмотря на это, данная система все еще встречается в постройках стран бывшего СССР.

Система TN-S

Разделение нулей в TN-S и TN-C-S

На замену условно опасной системы TN-C в 1930-х годах 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 Кирхгофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току.

Также можно наблюдать систему TN-C-S, где разделение 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.

Система TN-C-S

В системе TN-C-S трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с точкой заземления трансформаторной подстанции. Для обеспечения этой связи на участке трансформаторная подстанция — электроустановки здания применяется совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник (PEN), в основной части электрической цепи — отдельный нулевой защитный проводник (PE).

Система TT

В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически независимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

Система IT

В системе IT нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Ток утечки на корпус или на землю в такой системе будет низким и не повлияет на условия работы присоединенного оборудования. Система IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения, к которым предъявляются повышенные требования надежности и безопасности, например в больницах для аварийного электроснабжения и освещения.

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трехфазного тока; с глухозаземленным выводом источника однофазного тока; с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Что такое электричество

Чтобы уяснить для себя, что такое электробезопасность, защитное заземление, зануление, как это всё работает, напомним суть явления электрического тока.

Все тела во Вселенной состоят из атомов, строение которых известно каждому школьнику: положительно заряженное ядро внутри и вращающиеся вокруг ядра отрицательные электроны. Существует ряд химических элементов – металлов, у которых несколько электронов, находящихся на самых дальних от ядра орбитах, легко могут быть оторваны (притянуты сильным положительным зарядом).

Таким образом, если взять металлический провод, приложить к его концам противоположные электрические заряды, то электроны, оторвавшись от своих атомов, начнут движение в сторону положительного заряда.

Однако при движении в толще металла электроны постоянно «натыкаются» на атомы, заставляют их слегка вибрировать в узлах кристаллических решёток. Это приводит к выделению тепла. Причём нагрев может быть таким сильным, что металл способен раскаляться до тысяч градусов (как спираль лампы накаливания). В некоторых случаях металл и вовсе может расплавиться и даже испариться.

Отличительные черты

Как становится понятно, по сути заземление и зануление выполняют одну и ту же функцию – отводят остатки электроэнергии от металлических частей любого устройства, потребляющего ток. Но у них есть существенные отличия. Первая методика направляет избытки тока от электроустановок в землю, а вторая — в трансформатор. Заземление чаще всего выполняется из металлических прутьев и используется для снятия избыточного напряжения. Его качество напрямую зависит от того, как сделан контур заземляющего механизма.

При занулении происходит подсоединение нейтрального провода к корпусу электроустановок. Если случится касание корпуса или земли с фазой, то произойдет резкое повышение силы тока, то есть короткое замыкание. В результате установка своевременно отключается, что невозможно при использовании заземляющего механизма. Конечно, такое средство не всегда эффективно, и имеется риск, что нулевой провод перегорит. Чтобы этого не случилось, требуется регулярный контроль за его состоянием. Теперь понятно, чем отличается заземление от зануления. Давайте рассмотрим преимущества основного метода, который сегодня используется повсеместно.

Системы и схемы зануления

Существует несколько вариантов выполнения защиты электрооборудования путем зануления металлического корпуса устройства. В этой статье мы рассмотрим два следующих основных способа зануления любой техники, подключенных к трехфазной и однофазной сети подачи электроэнергии.

Трехфазная сеть. Для такого подключения схема довольно проста и выполнить ее не составит труда любому человеку знакомому с основами электротехники. В этом варианте нулевой провод N и защитная линия PE объединены в одну общую шину под названием PEN. Такой метод зануления получил наименование системы TN-C. Для его реализации необходимо строго соблюдать повышенные требования к уравниванию электрических потенциалов, а также к площади сечения объединенного проводника PEN. Для сетей с подачей электроэнергии по однофазной схеме использование системы TN-C категорически запрещено правилами устройства электроустановок (ПУЭ).
Однофазная сеть. Для реализации защитного зануления в однофазных сетях существует способ по системе TN-C-S. При этом методе проводник N объединяется с линией PE только на ограниченном участке сети подачи электроэнергии, начинающимся рядом с основным источником питания. Система TN-C-S хороша для однофазных сетей, но ее ни в коем случае нельзя применять при занулении электрооборудования, работающего в трехфазных сетях электрификации.

Любая система защитного зануления может быть использована только в сетях как однофазных, так и трехфазных, с переменным напряжением не более 1 кВ, к тому же сеть в обязательном порядке должна иметь наглухо заземленную нейтраль. После выполнения работ по защите электрооборудования необходимо выполнить проверку и расчет системы зануления, который следует доверить только специалисту, так как эта процедура предполагает использование специальных приборов. В результате произведенных замеров определяется сопротивление петли нейтраль-фаза, которое должно иметь минимальное значение.

После этого, согласно закону Ома, по которому I=U/R, вычисляется ток КЗ (короткого замыкания) при попадании фазы сети на металлический корпус прибора. Значение этого параметра должно быть на некоторую величину больше, чем порог срабатывания автоматических систем обесточивания электроразводки. В противном случае их нужно менять на устройства с меньшим значением порога срабатывания или выполнять мероприятия по снижению величины сопротивления петли нейтраль-фаза. При расчете тока КЗ следует применять увеличивающий коэффициент надежности Кн, который всегда больше единицы.

Заземление и зануление: разбираемся в чем разница