Защитное зануление: описание технологии и отличия от заземления

Что, как и откуда берётся

Известно, что электроэнергия вырабатывается электростанциями. От них электрический ток напряжением в десятки и сотни тысяч вольт проходит по трехфазным проводам к потребителю.

Напряжение такое высокое, потому что, согласно законам физики, чем выше напряжение, тем меньше потери при передаче на большие расстояния.

Понижающие трансформаторные станции затем преобразуют высокое напряжение в гораздо более низкое (но все же опасное) напряжение, и оно достигает нашего дома по проводам или кабелям заземления.

Ток должен добраться до устройства, совершить полезную работу и уйти. В случае переменного напряжения, применяемого в быту, для этого используются фазный (питающий) и нулевой провода. Откуда берется электрический ток, понятно; а куда уходит сила? Наземь! Немного упрощенно, но по большому счету так и есть. Прямо на землю.

Трансформатор имеет заземление, подключенное к отдельному линейному кабелю. Это и есть настоящий «ноль» в наших → сокетах. Особо любопытные могут убедиться в этом, осмотрев обычную трансформаторную подстанцию ​​с воздушными линиями. 3 провода пришли, 4 вышли. На входе три фазы с высоким напряжением, на выходе три фазы с низким напряжением и нулевой провод.

А теперь перейдем к самому главному – защите человека.

Основные понятия зануления

При отсутствии защитного заземления и невозможности оборудования используется заземление. Однако этот вид защиты напрямую не защищает от воздействия электрического тока. При прикосновении к токоведущим частям заземление обеспечивает необходимую безопасность.

Зануление отличается от заземления быстрым действием средств защиты. То есть при прикосновении к опасному месту срабатывает автоматический выключатель, отключающий электрический ток.

Для обеспечения необходимого эффекта заземляющий провод подключается к корпусу устройства, а нулевой провод — к электрической сети. Такая договоренность будет называться установкой нуля. Таким образом, нулевой провод не только выполняет свою основную функцию, но и обеспечивает необходимую защиту.

Однако обнуление не всегда гарантирует высокий уровень безопасности. В случае обрыва нулевого провода по какой-либо причине все приборы в квартире, подключенные к сети, вместо нуля на крышке будут иметь фазу.

Такая ситуация представляет серьезную опасность для жизни и здоровья человека. Аварии иногда происходят в результате путаницы проводов, когда вместо нуля может быть подключена фаза. Максимального эффекта от использования обнуления можно добиться, хорошо зная принцип работы.

Особенности заземляющего устройства

Основное назначение контура заземления — понизить потенциал в случае пробоя на корпус и короткого замыкания, до безопасного значения.

При этом напряжение и ток на корпусе оборудования снижаются до безопасного уровня. На производстве корпуса электрооборудования, зданий и помещений заземляют от воздействия атмосферных токов.

При монтаже схемы в трехфазной сети электропитания напряжением не более 1000 В используется изолированная нейтраль. При высоких уровнях сетевого напряжения устанавливается система с различными режимами нейтрали.

Контур заземления представляет собой законченную систему, включающую:

• заземляющий электрод;
• заземление горизонтальных проводников;
• подводящие провода.

Заземлитель делится на искусственный и естественный.

По возможности используйте естественный заземляющий проводник:

• подземные водопроводы. Но в этом случае необходимо оборудовать трубопровод защитой от блуждающих токов;
• соединенные с металлоконструкциями цехов и помещений;
• трос в стальной или медной оплетке;
• трубопроводы в скважине.

По нормам ПУЭ запрещается подключать контур заземления к трубам отопления и с легковоспламеняющимися материалами.При искусственном оборудовании заземленное оборудование защищают, делая цепь в виде равностороннего треугольника из металлических штырей или уголков.

Для щелочных и кислых почв рекомендуется использовать медный оцинкованный заземлитель. Для создания контура в виде треугольника необходимо углубиться в землю на 70 см.

Не допускается установка групповых заземлителей в просверленные отверстия. Они должны быть забиты в местах разметки на глубину не менее 2 метров. Затем заземлители соединяются в единую конструкцию с помощью отрезков стальной полосы.

Корпуса каждого блока должны быть подключены к системе защиты. При этом несколько потребителей не могут быть соединены последовательно, каждый блок должен быть оборудован соединительной линией.

Теперь о самом главном — значении уровня сопротивления цепи. Он суммирует сопротивление каждого устройства в цепи и его проводки.

При расчете сопротивления контура следует учитывать уровень заземления, размеры и глубину засорения заземлителей. Необходимо учитывать температурные особенности в районе расположения контура.

Помните – в жаркую погоду место установки должно быть заполнено водой, грунт при высыхании меняет уровень своего сопротивления.

При обслуживании сетей до 1000 В и мощности оборудования свыше 100 кВА — сопротивление шлейфа не более 10 Ом. В бытовых сетях оптимальным значением будет 4 Ом. Напряжение при прикосновении должно быть менее 40 В. Сети выше 1000 В защищаются устройством сопротивлением не более 1 Ом.

Таковы некоторые функции и принцип работы заземления. Более подробно вы можете прочитать в статьях на эту тему на сайте.

Как выполняется зануление электрооборудования

Далее поговорим о том, откуда в нашем доме берется защитное зануление, и оценим трассу от подстанции и безопасно ли проводить зануление в квартире. Такое зануление начинается с глухозаземленной нейтрали — нейтрали силового трансформатора, подключенной к заземлителю.

Нейтраль вместе с трехфазной линией входит в приемный шкаф первой. Оттуда он распространяется на электрические щиты, расположенные на этажах.

С него берется рабочий ноль, который вместе с фазой образует известное нам фазное напряжение. Название «рабочий ноль» связано с тем, что его применяют для питания электроустановок или электроприборов.

Защитный отдельный ноль формируется из электрощита, имеющего электрическую связь с глухозаземленной нейтралью, и защитного нуля. Важно знать, что в цепи защитного заземлителя не должно быть коммутационных устройств (автоматов, рубильников и т.п.) или предохранителей.

Принцип действия защитного зануления

Защитное заземление используется для предотвращения поражения электрическим током при прикосновении к корпусу оборудования с поврежденной изоляцией. Принцип работы защитного зануления заключается в возникновении перегрузки по току при коротком замыкании внутри электроприбора.

Ток, который в этом случае протекает по нулевому проводу, должен обеспечивать время срабатывания автоматического выключателя не более 0,4 с.

Вторым фактором, повышающим электробезопасность, является снижение потенциала на корпусе электроприбора до значения напряжения нейтрали, но это не повышает безопасность людей во всех ситуациях.

В городе с небольшими расстояниями до подстанции зануление снижает напряжение до 2-3 В, а вот в сельской местности с длинными линиями электропередач, малым сечением проводов и неравномерным распределением нагрузки потенциал в зануленном корпусе может достигать 50-70 В вольт.

Прикасаться к работающему устройству в этом случае будет больно и даже опасно, поэтому использование зануления в однофазных сетях запрещено.

Информация! В сети 220 В вместо защитной нейтрали устанавливают УЗО или дифавтомат и подключают защитное заземление.

Требования в нормативных документах

Одним из основных документов, регламентирующих требования к защитной нейтрализации, является ГОСТ 12.1.030-8. По этому ГОСТу данное защитное средство должно соответствовать следующим параметрам:

• в случае пробоя изоляции необходимо соблюдать селективность защиты и отключать ближайшее к месту повреждения защитное устройство;
• в цепи защитной нейтрали не должно быть автоматических выключателей и разъединителей, кроме устройств, обеспечивающих одновременное отключение всех проводов сети;
• сопротивление контура заземления, к которому подключается нулевой провод, в сети 380/220 В не должно быть более 4 Ом;
• время отключения в аварийной ситуации не более 0,4 с.

Эти требования аналогичны требованиям к защитному заземлению и обеспечивают достаточную надежную защиту от поражения электрическим током.

Разница между занулением и заземлением

Различия между занулением и заземлением:

1. При заземлении избыточный ток и напряжение, появившиеся на крышке, перенаправляются в землю. Принцип работы пристрелки основан на пристрелке на щите.
2. Заземление более эффективно защищает человека от поражения электрическим током.
3. Заземление основано на быстром и значительном снижении напряжения. Тем не менее некоторое (уже безобидное) напряжение сохраняется.
4. Зануление заключается в создании соединения между металлическими частями там, где нет напряжения. Принцип зануления основан на преднамеренном создании короткого замыкания при нарушении изоляции или подачи питания на нетоковедущие части электроустановок. Как только происходит короткое замыкание, срабатывает автоматический выключатель, перегорают предохранители или срабатывают другие средства защиты.
5. Заземление чаще всего применяют на изолированных нейтральных линиях в системах ИТ и ТТ в трехфазных сетях, где напряжение не превышает одной тысячи вольт. Заземление применяют при напряжении более тысячи вольт с нейтралью в любом режиме. Зануление используется в глухозаземленной нейтрали.
6. При занулении к нулю подключаются все элементы электроприборов, не находящиеся под напряжением в штатном режиме. Если фаза случайно коснется обнуленных элементов, то ток резко возрастет и электрооборудование отключится.
7. Заземление не зависит от фаз электроприборов. Для организации зануления требуется соблюдение строгих условий подключения.
8. В современных домах зануление используется редко. Однако этот способ защиты все же встречается в многоэтажных домах, где по тем или иным причинам нет возможности организовать надежное заземление. На предприятиях, где действуют повышенные нормы электробезопасности, основным методом защиты является зануление.

Примечание! Для правильного определения нулевой точки и выбора способа защиты необходима помощь квалифицированного электрика. Сделать заземление, собрать элементы схемы и установить ее в землю можно своими руками.

Схема работы

Как было сказано выше, зануление основано на провоцировании короткого замыкания после попадания фазы на металлический корпус электроустановки, соединенной с нулем. При увеличении тока срабатывает защитный механизм, который отключает питание.

Согласно положениям в правилах устройства электроустановок, в случае нарушения целостности линии она должна отключаться автоматически. Время выключения регулируется — 0,4 секунды (для сетей 380/220В). Для отключения используются специальные проводники. Например, в случае однофазного кабеля используется третья жила кабеля.

Для правильного зануления важно, чтобы петля фаза-ноль характеризовалась малым сопротивлением. Это гарантирует, что защита сработает в требуемый период времени.

Организация заземления требует высокой квалификации, поэтому такие работы должны выполнять только квалифицированные электрики.

Система TN-C

Самая старая система, в которой электроснабжение осуществляется по четырехпроводной схеме с заземлением нейтрали только на трансформаторной подстанции.

В этой системе защитное заземление подключается к соответствующему нейтральному проводу напрямую или через четырехполюсный автоматический выключатель. При этом нулевой проводник выполняет одновременно две функции — рабочего заземления N и защитного PE, поэтому на электрических схемах его обозначают PEN.

Важно! Согласно ПУЭ запрещается использовать такую ​​защиту в однофазных сетях.

Система TN-S

Современная система заземления выполнена по пятипроводной схеме, где нулевой провод Н и заземляющий провод РЕ разделены по всей длине от подстанции до потребителя.

В этой схеме нейтраль используется для преобразования трехфазного напряжения в три однофазных, а также для выравнивания напряжения между разными фазами. Защита осуществляется только защитным заземлением PE.

Согласно ПУЭ п.1.7.145 этот провод не должен проходить через автоматические выключатели, разъединители и другие коммутационные и защитные устройства, в том числе предохранители.

Система TN-C-S

Современная система заземления TN-S, обеспечивающая максимальную защиту, является и самой дорогой и требует полной замены всех линий электропередач и кабельных сетей напряжением 0,4 кВ.

Поэтому для повышения электробезопасности без замены подходящей проводки была разработана компромиссная схема электроснабжения TN-CS.

В этой системе комбинированный PEN-проводник подводится к экрану проходной здания, где повторно заземляется и разделяется на два провода — нулевой N и заземляющий PE.

Важно! Разделение проводов производится перед автоматом или рубильником, после чего их подключение запрещено ПУЭ п.1.7.131.

Заземление и зануление в чем разница

В электрических сетях применяют два вида защитных проводников — заземляющие и заземляющие. В чем между ними разница, не всегда могут понять даже опытные электрики.

На самом деле оба эти провода подключены к нейтрали питающего трансформатора, поэтому их можно считать нейтральными.

В этом случае заземлением будет соединение корпуса оборудования со специально выполненной цепью или естественными заземлителями без соединения с обмотками трансформатора.

Однако такое заземление применяют только при невозможности обеспечения надежной защиты по схеме TN-CS, в связи с чем при описании электропроводки и систем электроснабжения часть проводников называют заземлением или защитным заземлением, а часть — нейтраль или рабочее заземление.

В отличие от рабочей нейтрали заземлителем называют только такой нейтральный проводник, который не только соединен с нейтралью трансформатора и присоединен к контуру заземления, но и не используется для подачи тока. На схемах подключения этот провод обозначается PE (от английских слов Protective Earth — защитное заземление).

В системах заземления TN-C и TN-CS линия, соединенная с землей на подстанции, является объединенной линией нейтрали и земли. На электрических схемах обозначается PEN (от английского словосочетания Protective Earth и Neutra — защитное заземление и нейтраль).

На практике этот проводник называют нейтральным. Его также можно обозначить N — нейтраль, но это название должно относиться только к рабочей нейтрали в цепях TN-S и к участку после отделения провода PEN в системе заземления TN-CS.

Читайте также: Что такое зануление простыми словами: назначение, принцип работы, схема

Можно ли делать зануление в квартире

Зная, что такое зануление, можно дать однозначный ответ на вопрос, можно ли его использовать для защиты в квартире.

Одним из видов «опасного сброса» является неправильное подключение розетки. В соответствии с которым в самой розетке ставится перемычка с вывода нейтрали на вывод заземления.

Это большая ошибка. Сделав такое подключение, «специалисты» считают, что защитили людей от поражения электрическим током, заземлив таким образом электротехнику.

Такая безопасность на самом деле увеличивает шансы получить удар током, возможно, даже со смертельным исходом.

Еще одна ошибка сброса — неправильное разделение PEN-проводника. В чем ошибка? Такое деление PEN на PE и N обычно проводят в квартирном или напольном экране.

В этом случае в экране устанавливается дополнительная шина заземления PE; от него отходят желто-зеленые провода к заземлению электроприборов. Шина заземления соединяется перемычкой с нулевой шиной N, к которой подключается PEN-проводник от питающей линии.

Если на корпусе электроприбора из-за перемычки между шиной N и PE появится опасное напряжение, произойдет короткое замыкание и автомат отключится.

Однако при обрыве нуля все последствия как в приведенном примере, опасный потенциал возникнет на всех заземленных/зануленных таким образом приборах. В этом случае ни одна из защит не сработает.

Здесь две ошибки:

1. отделение PEN-проводника производится после вводного автомата (должно быть выполнено до).
2. нет нового заземления.

Почему нельзя делать зануление в квартире и доме

По правилам ПУЭ это запрещено по нескольким причинам:

1. Нулевой проводник, пригодный для домашней электропроводки, — это совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий провод PEN, или рабочая нейтраль. Использование данной жилы в качестве защитной запрещено согласно ПУЭ п. 1.7.132.
2. В однофазной электрической линии устанавливается первоначальный двухполюсный автомат, который одновременно отключает фазную и нейтральную линии. Согласно ПУЭ п. 1.7.145 защитный проводник в однофазных сетях нельзя подключать через распределительное устройство.

Эти правила включены в ПУЭ в связи с тем, что в случае обрыва рабочей нейтрали шкафы с подключенными к ней электроприборами будут получать питание через электроприборы и светильники, подключенные к розетке.

Как правильно заземлить квартирную проводку

Единственным способом заземления бытовых электроприборов является прокладка дополнительного провода до ввода в здание и подключение его ДО коммутационного оборудования с одновременным заземлением (повторным) присоединения, превращающим систему электроснабжения TN-C в TN-CS.

Но чаще всего нейтраль вводного кабеля уже подключена к естественным заземлителям, например арматуре фундамента и другим металлическим конструкциям, лежащим в земле.

Область применения

Защитное заземление применяют в электроустановках с четырехпроводной сетью и напряжением до 1 кВ в следующих случаях:

• в электроустановках с глухозаземленной нейтралью в сетях TN-CS, TN-C, TN-S с проводниками типов N, PE, PEN;
• в сетях с постоянным током и заземленной центральной точкой источника;
• в сетях переменного тока и трех фаз с заземленным нулем (220/127, 660/380, 380/220).

Сеть 380/220 допускается во всех зданиях, где требуется зануление электроустановок. Для жилых помещений с сухими полами нулевую настройку обустраивать не нужно.

Электрооборудование 220/127 используется в специализированных помещениях, где существует повышенный риск поражения электрическим током. Такая защита необходима в уличных условиях, где заземлению подлежат металлические конструкции, к которым прикасаются рабочие.

Проверка эффективности зануления

Чтобы проверить, насколько эффективно зануление, измерьте сопротивление контура фаза-ноль в самой удаленной от источника питания точке. Это даст возможность проверить безопасность воздействия тока на корпус.

Сопротивление измеряется с помощью специального оборудования. Измерительные устройства оснащены двумя щупами. Один щуп направлен на фазу, другой — на нейтраль электроустановки.

По результатам измерений устанавливается уровень сопротивления фазного и нейтрального контура. По полученному результату рассчитывается ток однофазного короткого замыкания по закону Ома. Расчетное значение тока однофазного замыкания должно быть равно или больше рабочего тока защитного оборудования.

Допустим, для защиты электрической цепи от перегрузки и короткого замыкания подключен автоматический выключатель. Ток отключения 100 ампер. По результатам измерений сопротивление фазного шлейфа и нуля составляет 2 Ом, а фазное напряжение в сети — 220 вольт. Рассчитываем ток однофазного замыкания по закону Ома:

I = U/R = 220 Вольт/2 Ом = 110 Ампер.

Поскольку расчетный ток короткого замыкания превышает мгновенное срабатывание автоматического выключателя, делаем вывод, что защитный сброс эффективен. В противном случае необходимо будет заменить автоматический выключатель на блок с меньшим током срабатывания. Еще одно решение проблемы – уменьшить сопротивление контура фаза-ноль.

Часто при выполнении расчетов рабочий ток машины умножают на коэффициент надежности (Кн) или коэффициент запаса. Причина в том, что отсечка не всегда равна указанному показателю, то есть возможна определенная ошибка.

Поэтому использование коэффициента позволяет получить более достоверный результат. Для старой техники Кп составляет от 1,25 до 1,4. Для новой техники используется коэффициент 1,1, так как такие машины работают с большей точностью.

Опасность зануления в квартире

Поражение электрическим током опасно как для людей, так и для бытовых приборов в квартирах. В многоквартирных домах одна из квартир будет получать низкое напряжение, а другая – высокое. Если произойдет обрыв нулевого провода в розетке квартиры, то при следующем включении электроустановки (например, котла) человека ударит током.

Обнуление особенно опасно в двухпроводной системе. Например, при выполнении электромонтажных работ электрик может заменить нулевой провод на фазный. В электрощитах эти жилы далеко не всегда маркируются определенным цветом. Если замена состоится, электрооборудование будет активировано.

Согласно положениям Правил устройства электроустановок бытового уровня зануление не допускается для бытового применения именно по причине его неопределенности. Обнуление эффективно только для защиты крупных промышленных предприятий.

Но, несмотря на запрет, некоторые люди решаются установить зануление в собственном доме. Происходит это либо из-за отсутствия других методов решения проблемы, либо из-за недостаточности знаний по данной теме.

Зануление в квартире технически возможно, но эффективность такой защиты непредсказуема, как и возможные негативные последствия. Затем рассмотрим ряд ситуаций, возникающих при наличии обнуления квартиры.

Зануление в розетках

В ряде случаев защиту электроприборов предлагается осуществлять путем перемыкания клеммы розетки, работающей в ноль, на защитный контакт. Такие действия противоречат п. 1.7.132 ПУЭ, так как предполагают использование нулевого провода двухпроводной электрической сети в качестве и рабочего, и защитного нуля одновременно.

На входе в жилое помещение чаще всего находится устройство, предназначенное для переключения фазы и нуля (двухполюсное устройство или так называемый мешок). Коммутация нуля, используемого в качестве защитного проводника, не допускается. Иными словами, запрещается использовать в качестве защиты проводник, если в электрическую цепь входит коммутационный блок.

Опасность защиты с помощью перемычки в розетке состоит в том, что корпуса электроустановок при нулевом повреждении (независимо от расположения) падают ниже фазного напряжения. При обрыве нулевого провода электроприемник перестает работать. В этом случае провод как бы деактивируется, что провоцирует необдуманные действия со всеми вытекающими последствиями.

Примечание! При обрыве нуля вся техника в квартире или в частном доме становится источником опасности.

Перепутаны местами фаза и ноль

При проведении электромонтажных работ в двухпроводном стояке своими руками существует значительная вероятность перепутать ноль и фазу.

В домах с двухпроводной системой жилы кабелей лишены отличительных признаков. При работе с проводами в щитке пола электрик может просто ошибиться, перепутав местами фазу и нейтраль. В результате корпуса электроустановок попадут под фазное напряжение.

Отгорание нуля

Нулевой обрыв (нулевое выгорание) часто возникает в зданиях с плохой проводкой. Чаще всего проводка в таких домах проектировалась из расчета 2 киловатта на единицу жилья. На сегодняшний день электропроводка в домах старого образца не только изношена физически, но и не в состоянии удовлетворить возросшее количество бытовой техники.

При обрыве нуля возникает дисбаланс на трансформаторной подстанции, от которой многоквартирный дом получает электроэнергию. Перекос возможен в общедомовом электрощите или в щите пола дома. Следствием этого будет случайное падение напряжения в одних квартирах и повышение в других.

Низкое напряжение вредно для некоторых видов электроприборов, включая кондиционеры, холодильники, вытяжки и другие устройства, оснащенные электродвигателями. Высокое напряжение опасно для всех типов электроустановок.

Альтернатива занулению

В подсистеме TN-S заземление защитного проводника РЕ выполняется только на одном участке — на контуре заземления подстанции или электрогенератора. В этот момент лидер PEN отделяется, и дальнейшая защита и нулевая работа нигде не встречаются.

В такой схеме электроснабжения заземление и заземление органично взаимодействуют, создавая условия для высокой электробезопасности. Однако нейтрализация не применяется в системах, где нейтраль изолирована (ИТ, ТТ). Электрооборудование, работающее в составе системы ТТ и ИТ, заземляется по собственным цепям.

Поскольку ИТ-система предполагает электроснабжение только конкретных потребителей, рассматривать этот способ организации защиты в жилых домах не имеет смысла. Единственной альтернативой ошибочной и, следовательно, опасной переустановке шины РЕ является система ТТ.

Такая система особенно актуальна, поскольку переход на технически совершенные системы TN-S, TN-CS технически и финансово сложен для домов старше 20-25 лет.

Электрическая сеть, построенная по стандарту ТТ, предназначена для обеспечения качественной защиты от проникновения не токоведущих частей, находящихся под напряжением. Все работы по организации заземления должны выполняться в соответствии с нормами, указанными в пункте 1.7.39 правил устройства электроустановок.