При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.
Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.
Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.
Виды систем искусственного заземления
Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» — комбинированный и раздельный.
- T — заземление.
- N — подключение к нейтрали.
- I — изолирование.
- C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
- S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.
В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.
1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)
Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:
- N — функциональный «ноль»;
- PE — защитный «ноль»;
- PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.
Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».
Система заземления TN-C
Система заземления TN-C
Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..
Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом. .
Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.
В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.
Система TN-S
Система заземления TN-S
Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.
В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.
Система TN-C-S
Система заземления TN-C-S
С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» — ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».
Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.
Система заземления TT
Система заземления TT
При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.
Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.
2. Системы с изолированной нейтралью
Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.
Система IT
Система заземления IT
Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.
Надежное заземление — гарантия безопасности
Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.
Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное — жизнь человека.
Смотрите также:
- Вебинары с ведущими экспертами отрасли
- Все для расчетов заземления и молниезащиты
- Полезные материалы: статьи, рекомендации, примеры
www.zandz.ru
Естественные и искусственные заземлители
Схема заземления считается естественной в том случае, если в земле постоянно находятся металлические части объектов заземления, такие как металлические трубы и сваи, разного диаметра арматура, другие предметы, имеющие способность проводить ток.
Исходя из того, что параметры растекания тока в земле от естественных заземлителей сложно контролировать, применение их в работе электрических установок запрещается. Во всей нормативной документации разрешается работать электроустановкам, имеющим искусственное заземление.
Созданное устройство заземления оборудования или зданий имеет основной параметр — это значение сопротивления, которое подлежит нормированию. В этом случае есть контроль над растеканием тока, поступающего по заземляющему устройству в землю.
Показатели сопротивления заземлителя зависят от таких факторов, как:
- вид грунта и его состояние;
- конструкция заземляющего устройства;
- материал, применяемый для выполнения конструкции заземлителя;
- площадь контакта устройства заземления с грунтом.
Естественные и искусственные заземлители:
Виды искусственных заземлителей:
Классификация систем заземления проводится Международной электротехнической компанией (МЭК), а документом по реализации схем заземлителей в РФ является ПУЭ, пункт №1.7. Он регламентирует и классифицирует системы заземляющих устройств. Все системы имеют сокращенное обозначение, по начальным буквам французских слов: Земля — «TERRE» (Т), Изолировать — «ISOLE» (I), Нейтраль — «NEUTER» (N) и слов английского происхождения: Комбинированный — «COMBINED» (С), Раздельный — «SEPARATED» (S).
Назначение принятой аббревиатуры МЭК следующее:
- Т обозначает заземление;
- N показывает подключение устройства к нейтрали;
- I указывает на применение изолированных проводов;
- C говорит о том, что в заземляющем устройстве объединяются функции защитного и функционального «нулевого» провода;
- S указывает на то, что в заземляющей схеме применяется раздельное применение функционального «нулевого» провода и провода защитного заземления.
Заземляющие схемы, виды:
Во всех системах искусственного заземления первая буква показывает на то, как сделано заземляющее устройство на источнике энергии (трансформатор, генератор), а вторая — на способ заземления потребляющих электрическую энергию объектов. Специалисты выделяют три системы заземляющих устройств: ТТ, IT, TN. Кроме этого в заземляющей системе ТN есть три подсистемы, они обозначаются как TN-S, TN-C, TN-C-S.
Заземляющее устройство TN
Система заземления TN подразумевает совместную работу «нулевого» провода функционального назначения, а также защитного провода с «общей» глухо заземленной «нейтралью» от генератора или от понижающей трансформаторной подстанции. В этой схеме предусматривается подключение к «нулю», который соединен с «нейтралью», всех имеющих экран кабелей, а также токопроводящего корпуса оборудования. Нулевые провода в этой системе имеют обозначение по ГОСТу Р50571.2 – 94:
- N обозначает функциональное назначение, «ноль»;
- PE указывает на защитное назначение «нуля»;
- PEN показывает совмещенное назначение функциональных и защитных проводов «нуля».
Системы TN строятся с применением глухо заземленной «нейтрали» и подключением «нулевых» проводов (N) на заземляющий контур. Он делается рядом с понижающей трансформаторной подстанцией. В этой заземляющей схеме не применяется дугогасящий реактор. В ней есть подвиды, которые разделяются по способу включения «нулевого» провода N и PE.
Система TN-C заземляющего устройства
Описание схемы TN-C заземляющего устройства необходимо начинать расшифровкой буквенных значений, которые говорят о совмещении функциональных «нулевых» проводов с защитными проводами. Четырехпроводная схема подключения оборудования, системы заземления электроустановок являются примером реализации этого заземляющего устройства, когда три фазы и «ноль» приходят на объект подключения. Заземляющей шиной является приходящий «ноль», на него надо подключить через защитные провода все электропроводящие элементы корпуса оборудования, устройств и приборов, системы освещения.
Что такое заземляющая система TN-C:
При реализации этой заземляющей оборудование схемы есть существенный недостаток — отсутствие защитной функции, когда в процессе работы установки «нулевой» провод потеряет контакт с оборудованием (отгорит, сломается). В этом случае на токопроводящих частях корпуса появится опасное для здоровья человека напряжение. На практике в квартире при реализации этой заземляющей схемы розетки остаются без земли, все оборудование «зануляется».
В этой заземляющей системе при попадании фазы на корпус оборудования срабатывает защитное отключающее устройство, и возможность попадания человека под напряжение исключается быстрым отключением. Важно! Предохранители и автоматы должны иметь рассчитанные номиналы, чтобы работала схема (C и TN). Необходимо также обратить внимание на тот фактор, что в этой заземляющей системе нельзя применять дополнительный защитный контур во влажных помещениях дома, квартиры (ванная комната, санузел). По этой системе подключены все жилые дома советской постройки, уличное освещение.
Система TN-S
Тип заземления по схеме TN-S считается прогрессивным вариантом заземляющих устройств TN, это безопасный вид заземления в котором функциональный «ноль» отделен от защитного провода. Система применяется с начала 30-х годов ХХ века, дает высокую степень защиты по электрической безопасности для здоровья человека, но как недостаток имеет высокую стоимость реализации схемы заземления. Схемой TN-S заземляющего устройства предусматривается на понижающей трансформаторной подстанции разделять РЕ и N провода и подключать для трехфазного напряжения объекты по пяти проводам, а для однофазных объектов — по трем.
Заземляющее устройство TN-S:
В правилах ПУЭ обращается внимание, что этот вид заземляющего устройства рекомендуется к установке на важных объектах с применением электропитания, а также на объектах энергоснабжения, что дает высокую степень защиты по электрической безопасности. Широко эта система не применяется: большие траты на материалы, ориентированность российских электрических систем на четырехпроводную схему доставки энергии к потребителю.
Система TN-C-S
Типы систем заземления по схеме TN имеют широкое применение, и для того чтобы стала чаще применяться схема TN-S, которая по деньгам будет немного дороже TN-C – это система TN-C-S, которая позволяет с понижающего трансформатора подавать электроэнергию с применением комбинированного «нуля» (PEN) имеющее подключение к нейтрали глухозаземленной. В этой схеме при входе на объект электроснабжения провод разделяется на PE — защитная функция, и N — функциональный (рабочий) «ноль».
Система TN-C-S:
Недостатком этой заземляющей схемы является возможность полной утраты защиты на территории трансформатора (источника), и, как следствие, — объект электроснабжения остается без защиты от поражения электрическим током. По этой причине правилами указываются проведение мероприятий на стороне источника электропитания для полной защиты провода (PEN) от механических повреждений.
Заземляющее устройство (ТТ)
Данная схема заземляющего устройства применяется для потребителей электроэнергии через воздушную линию. Когда нет возможности обеспечить надежность комбинированного «нуля», применяется схема TT, когда нейтраль источника «глухо» заземлена, передача энергии проводится в четыре провода с функциональным «нулем» и тремя фазами. На объекте электропотребления по этой системе предусматривается местное устройство заземления по действующим правилам, а все токоведущие элементы и корпуса оборудования через проводники подключаются к местной схеме заземления.
Схема (TT):
Широкое применение этого способа реализации заземляющего устройства получило коттеджное строительство, в загородных домах его применяют для обеспечения электробезопасности. В городах этой схемой пользуются для снабжения временных точек электроэнергией (открытая концертная площадка, торговые лотки). Обязательно при использовании этого заземляющего устройства применение оборудования защитного отключения, наличие громоотвода и грозовой защиты.
Заземляющая схема (IT)
В организации заземляющего устройства по схеме IT важным элементом является изолированная нейтраль на стороне источника энергоснабжения (I), а на стороне объекта, получающего энергию, должен быть заземляющий контур (Т).
Заземляющее устройство (IT):
По этой схеме объект потребления получает электроэнергию по минимально необходимым для передачи проводам, а все оборудование на стороне потребителя должно иметь заземление через провода на местное заземляющее устройство.
Вывод
Необходимо понимать, что все заземляющие системы имеют одно назначение — обеспечить защиту здоровья человека по электрической безопасности, из чего следует надежная работа всего оборудования. В задачу проектировщиков при выборе схем заземляющих устройств входит нахождение компромиссного варианта, при котором возможность появления на токоведущих частях оборудования напряжения становится минимально возможным.
Выбранная система должна защитить человека от напряжения быстрым отключением фазного провода от сети или возможностью снятия напряжения с корпуса оборудования.
domelectrik.ru
Системы TN
Такие конструкции отличаются наличием глухо заземленной нейтрали и подсоединением к ней всех способных проводить электроэнергию элементов сети.
Подключение к нейтрали производят используя нулевые проводники.
Электрошкафы, щиты и корпуса приборов, подключают к проводнику PEN. Выполняется это для создания короткого замыкания, при пробивании проводки на корпус, в результате чего, защитные автоматы обесточивают сеть, идущую на вышедший из строя участок сети, таким образом, предупреждая поражение током людей, находящихся поблизости.
Система с нулевым и расчлененным рабочим проводником
Система TN-S для безопасности оборудована двумя, а не одним нулевым проводом, один из них служит как защитный провод, а второй используется в качестве нейтрального проводника, подключенного к глухо заземленной нейтрали. Эта конструкция сегодня является самой безопасной, способной эффективно защитить от удара электричеством.
Принцип работы этой конструкции состоит в том, что используют всего одну фазу для подачи рабочего напряжения и ноль.
Разводку производят проводом из трех жил, одна из которых служит как нуль и подключается к вводному проводу.
Система c проводом PEN и двумя нулями
Здесь характерно использование в определенном месте оборудования, соединенного с нулевым проводом, расщепляющимся на два проводника: PE и N, для последующего заземления оборудования.
Для бесперебойной работы, система TN-C-S после места раздвоения, оборудуется еще одним заземлителем.
Положительные свойства этой системы:
- Простой переход на нее во время ремонта старых домов.
- Простая конструкция защиты от молнии.
- Возможность создания защиты проводки простыми автоматами от замыкания.
Минусы этой системы:
- Риск перегорания нулевого провода вне здания, что грозит пробоем корпусов из металла электротоком.
- Нужда в использовании оборудования для уравнивания потенциалов.
- Сложность в создании действенной защиты внегородской черты.
Независимые заземлители
В конструкции системы TT есть два заземлителя:
- Для источника электротока.
- Для незащищенных металлических элементов системы.
Положительным свойством этой конструкции является повышенная работоспособность нулевого провода на промежутке от оборудования до места подачи напряжения и независимость PE провода.
Сложность может появиться только с использованием собственного заземлителя, так как непросто подобрать для него подходящий диаметр. Но такой минус компенсируется с помощью системы защитного отключения.
Система с изолированным нейтральным проводом
В большинстве случаев, в такой конструкции, нейтраль изолируют от земли, или создают необходимое зануление IT, используя устройство со значительным сопротивлением.
В домашних условиях, устройства такого типа не нашли применения, они практически не используются, но позволяют их применять для питания специальных устройств, для которых необходима безопасность и максимальная стабильность при работе, к примеру, в лабораториях и лечебных учреждениях.
Технологии заземляющих устройств
Есть несколько способов изготовления контура заземления.
Чаще всего, используют две из них:
- Модульно-штыревое заземление.
- Традиционное заземление.
Конструкция модульного заземления
Для ее устройства используют стержни, из покрытого медью качественного металла. Их вертикально забивают в грунт на глубину около 1 м, диаметр стержней 14 мм. По краям стержня нарезают по 30 мм резьбы и так же покрывают ее медью.
Металлические части конструкции соединяют вместе латунными муфтами. По горизонтали их соединяют стальными полосами с латунными зажимами или используют для этого комплект медного провода. Также, устраивают соединение контура заземления и щитка-распределителя. Для защиты элементов заземления от коррозии, в комплект входит защитная паста.
Традиционное заземление
Изготавливают такую систему из черного металла: полос, труб, уголка. На 3 м в грунт, с промежутком 5 м вбивают треугольником три металлических электрода. Далее, электроды соединяют в общий контур, используя металлическую полосу и электросварку.
Такое заземление имеет несколько отрицательных свойств (к примеру, трудоемкость создания контура и коррозия, разрушающая металл изделия), по этой причине, в наше время вместо нее стараются использовать более совершенный способ заземления.
Естественные заземляющие элементы
Чаще всего, их используют для заземления электрического оборудования. В качестве естественных заземлителей применяют металлические элементы различных ЖБ конструкций, к примеру, фундаменты подстанций и линий электропередач и фундаменты строений.
Дополнительно, для естественного заземления подключают части подземных коммуникаций, изготовленных из металла, к примеру, подходит броня кабелей и всевозможные трубопроводы, иногда допустимо подключать и наземные коммуникации, к примеру, подойдут для этой цели рельсовые пути.
Какие ЖБ изделия нельзя применять для заземления?
Не стоит подключать заземляющий провод к фундаментам, собранным из отдельных ЖБ элементов. Желательно связать прутья арматуры блоков, и только тогда допустимо подключать заземлитель. Иначе, лучше использовать искусственный заземлитель.
Для этого используют металлический проводник, вбитый вертикально или горизонтально в грунт. Иногда используют несколько таких проводников, связав их вместе. Важно, чтобы отдельные электроды контура, были вбиты на необходимую глубину.
По этой причине, лучше использовать вертикальный заземлитель.
Толщина искусственных заземлителей:
- Металлический прут — сечение 10 мм;
- Оцинкованный металлический прут — сечение 6 мм;
- Металлический уголок — толщина 4 мм, полка 75 мм;
- Металлическая полоса — 4 мм;
- Брак или БУ трубы — 3,5 мм толщина стенки;
- Общее сечение проводников забиваемых в землю — 160 мм.
Заземление нейтрального проводника
В нашей стране, сети 6-35 кВ эксплуатируются с не глухо заземленной нейтралью. Использование таких сетей хорошо тем, что у них низкое значение токов замыкания на грунт, но при ОЗЗ, изготовленных из металла, в таких сетях повышается напряжение на целых фазах относительно земли до уровня линейного, что плохо в этом случае.
Коэффициент замыкания на грунт — отношение разницы потенциалов между землей и фазой при замыкании остальных фаз на землю к разнице между землей и фазой в сети.
househill.ru
Суть заземления
Для чего нужно заземление, если и без него всё прекрасно работает? Более того, в нормальном режиме по проводу защитного заземления ток вообще не протекает.
Тут ключевое слово – “защитное”. Кого и от чего защищает заземление? Оно защищает человеческие тела от воздействия электрического тока. А от чего защищает – от того, чтобы опасное напряжение ни в коем случае не появилось на теле человека, и через человека не пошёл ток.
Представим ситуацию. Есть некий электрический прибор, например утюг. Утюг подключается через вот такую вилку.
Читатели постарше отлично помнят такие, они постоянно раскручивались, а прикрутить к ним гибкий провод было мучением.
Корпус утюга частично металлический. Что будет, если вдруг фаза попадет на корпус? В принципе ничего, утюг даже может продолжать работать. Но его корпус будет находиться под потенциалом 220В относительно земли. А поскольку все мы ходим по земле, то притронувшись к металлическому корпусу такого утюга, через нас пойдёт ток.
А дальше – как повезёт. Если кожа и пол сухие – просто немного дёрнет…
Но если корпус утюга будет заземлён, то когда фазный провод попадёт на корпус, он соединится с заземлением, и уйдёт в землю. При этом произойдёт фактически короткое замыкание, и выбьет защитный автомат данной линии. А корпус как был под нулевым потенциалом, так и останется.
Иными словами, если фаза вдруг попадёт на корпус прибора, это уже не проблема человека. Это проблема самого прибора и защитного автомата, который должен отключить этот прибор от фазного провода.
Почему защитный автомат отключится? Если фазный провод попадает на защитный (заземляющий) проводник, это равносильно короткому замыканию, то есть максимально возможному току в схеме. И автомат сработает по электромагнитной защите.
Напоминаю, что есть время-токовая характеристика автоматического выключателя, и при КЗ автомат будет работать в правой зоне характеристики, где время отключения стремится к нулю. Подробнее – в моей статье про выбор защитного автомата.
То есть, ток в проводе защитного заземления течёт только в момент аварии, в остальное время он бесполезен. Поэтому раньше на нём экономили, и использовали двухпроводную систему питания, в которой есть только ноль и фаза.
Обозначения и перевод названий систем заземления
Существуют TN, TT и IT системы заземления. Система TN, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Первая буква говорит о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя.
Буквы эти взялись из французского, и означают: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также из английского: «Combined» и «Separated» – комбинированный и раздельный.
- T — провод подключен к земле .
- N — подключение к нейтрали.
- I — изолирование.
- C — объединение функций, соединение рабочего и защитного нулевых проводов.
- S — раздельное использование во всей сети рабочего и защитного нулевых проводов.
Также в схемах систем заземления используются следующие обозначения:
- L – Line, Линия, на которой действует фазное напряжение по отношению к нулевому проводу.
- N – Neutral, рабочий ноль, по которому протекает рабочий ток, равный току в проводе L (для однофазных систем).
- PE – Protect Earth, защитная земля, провод защитного заземления.
- PEN – совмещенный рабочий и защитный нулевой проводник.
Краткое описание работы систем заземления
Системы заземления отличаются прежде всего безопасностью. То есть, сколько шансов выжить даёт человеку такая система после того, как на корпусе появилась фаза.
Возникает путаница в терминологией – одну и ту же систему называю и занулением, и заземлением. Википедия предлагает системы TN называть занулением на том основании, что в них заземляющий проводник PEN соединен с нулевым (нейтральным) проводом источника питания. А уже этот провод в трансформаторе – заземлён. Заземляется для того, чтобы не было перекоса фаз.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Подробнее о перекосе фаз, чем он опасен, и как с ним бороться – в другой моей статье.
ПУЭ, Библия электрика, говорит, о том же самом, как о системах заземления.
Скачать ПУЭ у меня можно здесь, в разных вариантах.
Разница между этими понятиями, по моему мнению, очень зыбкая. По-моему, заземление нужно для поддержания напряжения на уровне потенциала земли на проводе PE и на всех нетоковедущих частях электроустановки, к которым он подключен. А зануление нужно для создания тока короткого замыкания при замыкании фазы на тех же частях электроустановки. В итоге, эффект может быть один – заземленные или зануленные части никогда не окажутся под фазным напряжением, и при этом должен сработать защитный автомат. Это если коротко и своими словами.
Вообще, заземление это более широкое понятие, чем зануление.
Можно сказать, система защиты безопасна настолько, насколько эта точка приближена к источнику напряжения. И опять же, что можно считать потребителем – электрочайник, квартиру, многоэтажный дом, или район города?
Ну а если фаза “прорвётся” на корпус – её должен уничтожить защитный автомат со 100% вероятностью.
Тут важными считаю две вещи:
- Весь металл, который не под фазой, должен быть под одним и тем же потенциалом. И желательно, чтобы этот потенциал был равен потенциалу земли. Это – “самый нулевой” потенциал.
- Опасное – недоступно. Доступное – безопасно. Бывает, смотришь в квартирные советские щитки или РП и волосы шевелятся.
И ещё, в который раз повторюсь. Всегда рассматривается вероятность обрыва нулевого рабочего проводника. Дело в том, что при таком обрыве на всей схеме прибора, вплоть до точки обрыва нуля, присутствует фазное напряжение.
Подробно пишу об этом в статье про обрыв нуля в однофазной и трехфазной цепях.
В случае прикосновения ток проходит через нагрузку и через тело человека. Не смотря на сопротивление нагрузки, этот ток остается таким же опасным, как и при прикосновении к фазному проводу. Ведь сопротивление нагрузки (например, электробытового прибора) всегда гораздо меньше сопротивления тела человека.
Схемы систем заземления
Система TN-C
TN-C – старая, советская система, когда земля просто бралась из нуля непосредственно в самой электроустановке.
Что мы видим на этой схеме? Первое и самое главное. Нейтральная точка генератора или трансформатора подключена к земле (глухо заземлена). Поэтому нейтральная точка трансформатора имеет потенциал земли. А поскольку человек имеет тоже потенциал земли, между телом и нейтральным проводником – нулевая разность потенциалов, и прикосновение к нему безопасно.
Однако, не всё так просто. Повторюсь, что вследствие перекоса фаз, а также падения напряжения на проводе PEN, на нём может присутствовать напряжение, отличное от нулевого. Поэтому провод PEN принудительно “притягивают” к земляному потенциалу через некоторые промежутки по ходу линии.
Земля (то, из чего состоит наша планета) – универсальный и абсолютный ноль по потенциалу. Но если человеку придать потенциал фазного провода, то прикосновение к земле будет смертельно. В то же время, прикосновение к проводу, на котором тот же потенциал, будет безопасным.
Видел документальный фильм, как человек спокойно спускается с вертолета на провод высоковольтной линии и работает там.
В общем всё относительно. Можно упасть с 5-этажного дома насмерть. А можно вообще не повредиться, упав с того же дома. С первой ступеньки первого этажа)
Система TN-C в настоящее время официально запрещена, и может использоваться только в трехфазных системах, где отсутствует перекос фаз, и ток по проводнику PEN (нулевой, он же защитный) в нормальном режиме не протекает. В результате, на этом проводе (а значит, и на корпусе прибора) будет потенциал нуля.
Однако, в старом жилом фонде используется повсеместно из-за своей дешевизны. Дешевизна системы TN-C – это её единственный плюс. Ведь сечение защитного провода PE в однофазной сети должно быть равно сечению фазного провода. А это – удорожание всей электропроводки минимум на треть.
Вообще говоря, в этой системе заземление напрочь отсутствует, и я не совсем понимаю, почему “это” называют системой заземления. Разве что, можно ноль кинуть на корпус, и прибор будет “типа” заземлён.
Да и раньше, когда всю проводку делали по этой системе, практически и не существовало домашних приборов, требующих заземления.
Первыми “ласточками” были стиральные машины, которые бились током. В лучшем случае к ним тянули провод от корпуса подъездного щитка, в худшем – цепляли корпус машины на трубу водопровода или к нулевому проводу.
Нужный эффект, конечно, достигается, но шансы попасть под фазное напряжение значительно возрастают. Основная опасность приходит от того, что возможен обрыв нулевого провода, и тогда все “зануленные” приборы, и также приборы, имеющие импульсные блоки питания, получат на корпусах потенциал фазы.
Как же защититься от поражения электрическим током в системе TN-C? Тут вспоминается УЗО (Устройство Защитного Отключения). Представим – человек коснулся фазного провода. Ток раздваивается – часть (надеюсь, бОльшая) уходит в нулевой проводник, а часть – через тело человека на корпус. Налицо дифференциальная разница (сорри, тавтология) в токах по фазе и нулю, на которую должно сработать УЗО.
Однако, ПУЭ прямо говорит – в системе TN-C применение УЗО запрещено. Почему?
Причина в том, что в данном случае может произойти то, о чем я писал выше. УЗО – это коммутационный аппарат, в котором может по какой-то причине нарушиться контакт PEN – проводника, и под фазное напряжение попадёт весь потребитель. В том числе и корпуса, если они занулены, а именно так и делается “заземление” в системе TN-C.
ПУЭ также говорит, что защитный проводник (в данном случае – PEN) ни при каких условиях не должен разрываться, и должен быть всегда подключен к заземляемому устройству.
Поэтому УЗО можно (и нужно!) применять во всех системах, кроме TN-C.
Вот хороший рисунок, иллюстрирующий ситуацию:
Я вас так напугал, что по любому возникнет вопрос – как теперь с этим жить?
Отвечаю. Для ухода от этой “нехорошей” системы применяют разделение проводника PEN на N и PE. Причем, это нужно делать как можно дальше от потребителя, и как можно ближе к источнику напряжения.
Таким образом, мы перейдём на гораздо более безопасную систему – TN-C-S, о которой я расскажу чуть ниже.
На практике совмещенный проводник PEN заземляют (повторное заземление) на вводе в здание, и там же разделяют на нейтральный N и защитный PE, которые далее НИГДЕ не должны соединяться.
Другой вариант – переход к системе ТТ, в которой защитный проводник PE делается на основе контура заземления, и нигде не подключен к приходящему PEN. В данном случае PEN превращается в N, поскольку защитный ток ни к коем случает по нему течь не будет.
Заземление в квартире с проводкой TN-C
В квартирах ноль и землю разделять сложнее. По этому поводу постоянно ведутся жаркие споры среди электриков.
Я думаю, что тут есть два приемлемых варианта.
1. Ноль оставить как есть, а провод PE взять с магистрального PEN проводника. Пусть не с самого проводника, а с места, куда он подсоединяется к корпусу этажного щитка. Главное, чтобы наши N и PE были подключены в разных точках. PE – на корпусе, N – на изолированной от корпуса шине, на которую ноли приходит после вводного рубильника или автомата (если они есть) и счетчика. Кстати, так и делали в советские времена при подключении в квартирах электропечей.
2. Провести трехпроводную систему (L, N, PE), но PE никуда не подключать. В результате мы не вносим изменения в этажный щиток (кстати, это запрещено!), а все нетоковедущие части электроприборов, металлических конструкций, труб и т.д. мы подключаем к этому проводнику. И в пределах квартиры у нас благодать! Только важное замечание – на группы розеток должны стоять УЗО на случай попадания фазы на корпус в пределах квартиры.
Всё, теперь по-быстрому пробежимся по другим системам, там всё проще.
Система TN-S
В названии буква третья S. Это значит, что проводники N и PE разделены (Separated) на всём протяжении от подстанции до потребителя.
Эта система заземления наиболее безопасна и предпочтительна, однако применяется только в самых новых электроустановках. Ну а в основном в реалити сейчас применяют систему TN-C-S. То есть старую систему стараются приблизить к новой, отдаляя точку подключения N и PE от потребителя и приближая к источнику питания.
Система TN-С-S
Последние буквы в названии означают, что проводники N и PE после подстанции соединены (Connected) в один провод PEN, а потом, на вводе в здание, разделены.
При попадании фазы на корпус должен сработать защитный автомат по КЗ. При касании токоведущих частей должен сработать УЗО.
Система TT
Terra – Terra. Я уже писал в статье про эту систему, в ней заземляющий провод PE подключается к контуру заземления, и больше никуда. Применяется в основном в частных домах и временных постройках и электроустановках.
Всё замечательно, если также применяются УЗО от прикосновения к токонесущим частям и защитные автоматы от КЗ.
Но есть один минус. Если в других системах своё заземление делать не обязательно, понадеявшись на заземление на подстанции или на столбах, то в данном случае его придётся делать. И делать очень качественно, чтобы в случае замыкания КЗ на землю ток короткого замыкания был достаточен для срабатывания автомата защиты.
То есть возможен вариант, когда при КЗ на корпус потенциал корпуса останется близким к нулю, всё замечательно. Но при этом автомат защиты не выбьет, хотя через него (и через проводку дома) будет идти ток, близкий к максимальному! И проблема может подкрасться с другой стороны…
Система IT
Напоследок расскажу про специфическую систему заземления IT. Во всех других системах используются источники питания (трансформаторы) с глухозаземленной нейтралью. Иначе говоря, нулевой проводник на стороне источника заземлён.
Однако, в системе IT источник питания полностью изолирован от земли – и ноль, и (естественно)) фаза.
В результате по отношению к земле потенциал отсутствует. И при замыкании на землю ничего не произойдёт, ведь ток не потечёт, либо будет пренебрежимо мал.
Я встречал такие системы для питания управляющих цепей в серьезном промышленном оборудовании. Ещё эта система применяется в переносных генераторах и других источниках питания, а также в медицинских учреждениях. Если один из выводов такого источника не заземлить и подключить к нагрузке, он будет работать по системе IT.
Подробнее я писал об этом в статье про подключение генератора Хутер.
Минус такой системы – при замыкании на землю она превратится в TN-C-S с плохим монтажом, и об этом даже можно не узнать, если не проконтролировать. И станет опасной.
Видео про заземление
Пожалуй, самое адекватное и понятное видео про заземление, которое я видел. Посмотрите, если кому показалось, что я пишу слишком скучно:
На этом заканчиваю тему, спасибо за терпение, жду мнений и вопросов в комментариях.
P.S. Схемы взял из статьи Плакаты по технике безопасности.
samelectric.ru