Назначение заземления
Покупая любое электрооборудование, будь то стиральная машина или холодильник он не рассчитан на пожизненный срок службы и в процессе работы как любое другое оборудование может сломаться. Чтобы защитить электрооборудование от ненормальных режимах работы (перегрузка или короткое замыкание) применяются различные защитные аппараты (автоматы, пробки и т.д.)
Но бывают ситуации, когда защитные устройства не реагируют на возникшие повреждения. Одним из таких случаев является повреждение внутренней изоляции и возникновении на металлическом корпусе оборудования высокого напряжения.
В этом случае защита необходима самому человеку, который попадет под напряжение прикоснувшись к поврежденному оборудованию. Для защиты от таких повреждений и было придумано заземление, основное назначение которого — снизить величину этого напряжения.
То есть, основное назначение заземления — снизить напряжение прикосновения до безопасной величины.
Предположим, что у вас дома имеется потолочный светильник, корпус которого не подключен к заземлению. В следствии повреждения изоляции металлическая часть светильника оказалась под напряжением. В тот момент когда вы попытаетесь поменять лампочку вас ударит током, так как прикоснувшись к корпусу вы становитесь проводником и электрический ток будет протекать через ваше тело в землю.
Если же светильник будет заземлен, большая часть тока будет стекать в землю по заземляющему проводу и в момент касания, напряжение на корпусе, будет намного меньше, а соответственно и величина тока проходящий через вас будет также меньше.
Заземлением — называется соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с землей (контуром заземления) которые в нормально состоянии не находятся под напряжением, но могут оказаться из-за повреждения изоляции.
Также, заземление необходимо для функциональности таких аппаратов как УЗО. Если корпуса электроустановок не будут соединены с землей, то ток утечки протекать не будет, а значит УЗО, не среагирует на неисправность.
Отличие заземления от зануления
Наряду с заземлением вам наверняка приходилось слышать такой термин как зануление.
Занулением — называется соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с нулем (нулевым проводником сети).
По своему назначению заземление и зануление выполняют одну и туже задачу – защищают человека от поражения электрическим током. Однако обеспечивают они эту защиту немного разными способами. В сетях с занулением происходит отключение от сети электрооборудования, корпус которого из-за пробоя изоляции оказался под напряжением.
Рассмотрим пример, в котором обеспечивается защита электроустановки с помощью зануления.
Как видно из рисунка при пробое фазы на соединенный с нулем корпус возникает замкнутый контур между фазой и нулем, то есть однофазное короткое замыкание. На возникшее короткое замыкание реагируют защитные устройства, такие как автоматы или предохранители, в результате происходит отключение поврежденной электроустановки от источника питания.
Рассмотренные выше примеры дают возможность сделать вывод что:
- — заземление осуществляется защиту снижением напряжения прикосновения.
- — зануление осуществляется защиту отключением электроустановки от сети.
Наверняка у вас возникал вопрос в каких случаях выполняют защиту заземлением, а в каких занулением. Применение в разных случаях заземления и зануления вызвано разными системами заземления электроустановок. В электроустановках напряжением до 1000 В применяются пять систем заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.
Зануление используют в качестве защиты в таких системах, в которых присутствует PEN, PE или N проводник. Это сети с глухо заземленной нейтралью, TN-C, TN-S и TN-C-S.
Заземление применяют в электроустановках с системами заземления TT и IT.
Рассмотренные выше способы заземления и зануления больше подходят для применения в промышленных электроустановках на производстве. Более детально рассмотреть подключение и монтаж заземления для бытовых электроустановок можно здесь: заземление в квартире и заземление в частном доме .
Зачем нужно заземление
Многие "продвинутые" обыватели устанавливают у себя в квартире или частном доме (чаще всего) заземление, зачастую мало понимая, что это такое и зачем оно нужно. При этом они забывают, что незнание в данном вопросе может привести к большим негативным последствиям, чем вообще отсутствие заземления. В данной статье мы рассмотрим вопрос — зачем нужно заземление .
Электрическое заземление существует двух видов: рабочее и защитное.
Рабочее заземление необходимо для правильного функционирования электрических приборов и устройств. Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ). Примером данного вида заземления является преднамеренное соединение с землей разрядников, нейтралей трансформаторов или генераторов. Рабочим заземлением является также присоединение к заземлению молниеотводов, защищающих электроустановки от прямых ударов молнии и от индуцированных перенапряжений. Их выделяют в особый класс грозозащитных заземлений.
Этот вид заземления применяется на производстве. Нас же больше всего интересует другой вид заземления — защитный.
Защитное заземление предназначено для защиты человека от поражения электрическим током. О том как данный вид заземления обеспечивает безопасность человека, мы и рассмотрим более подробно на примере квартиры или частного дома.
Главным элементом всей системы бытового защитного заземления является контур заземления. Это конструкция, состоящая из металлических электродов (заземлителей) — уголков, стержней, труб, которые находятся в земле (грунте). Эффективность заземления определяется по способности заземлителей рассеивать ток. При монтаже защитного заземления следует учитывать многие факторы, определяющие эффективность рассеивания: состав грунта и климатические условия.
Грунт состоит из земли, песка, глины и т.д. Каждый компонент имеет собственную удельную проводимость, поэтому знание состава почвы позволяет рассчитать удельную проводимость, необходимую для правильного проектирования заземления.
Внутренняя электропроводка квартиры или частного дома по современным стандартам должна быть выполнена трехжильным проводом (фаза + ноль + заземление). Все электроприборы, электроустройства и электрические установочные изделия соединяются с контуром заземления с помощью проводов (проводников) защитного заземления.
Наверняка, многие обращали внимание на то, что современные электрические розетки и штепсельные вилки электроприборов оснащены заземляющими контактами. Провод защитного заземления соединяется с заземляющим контактом в розетке, а контакт на вилке соединен с корпусом электроприбора. Включая вилку в розетку, мы соединяем контур заземления (земля) с металлическим корпусом прибора.
Если в цепи электропроводки или в электроприборе фазный провод начинает контактировать с нулевым или заземляющим проводами, либо с металлическим корпусом прибора, то возникает короткое замыкание. При коротком замыкании появляется ток очень большой величины — порядка 150-300 Ампер. При таком электрическом токе срабатывает автоматический выключатель и УЗО, т.е. они отключают электрическую цепь от питания. Это спасет электропроводку от возгорания, а ваше жилье и имущество от пожара.
Но бывают случаи, при чем сравнительно часто, когда повреждение изоляции на фазном проводе не приводит к возникновению настоящего короткого замыкания. Когда изношена изоляция проводов, либо замкнул понижающий трансформатор, то на металлических корпусах бытовых электроприборов может появиться ток утечки — небольшой ток в несколько десятых Ампера и более. При таком токе автоматы защиты не срабатывают, т.е. не отключают цепь от напряжения. Но данное напряжение на корпусах приборов и оборудования очень опасно для человека, не только для его здоровья, но порой и для жизни.
Для защиты человека от токов утечки устанавливают устройства защитного отключения. Именно УЗО срабатывает на малые электрические токи в цепи. Более подробно о работе данного устройства защиты можно узнать здесь .
В обоих случаях, и при больших токах и при малых, заземление выполняет функцию — "беру огонь на себя". Т.е. электрический ток, попав на корпус электроприбора, устремляется через защитные заземляющие проводники к контуру заземления. И чем лучшими электротехническими характеристиками обладает контур, тем быстрее ток растекается по земле (грунту), тем самым защитив нас от "удара" током.
Правильная работы системы защитного заземления в квартире или частном доме обеспечивается только при правильно смонтированном заземляющем устройстве. В процессе эксплуатации необходимо проводить периодическую проверку заземляющего устройства, которая включает в себя визуальный осмотр с частичной откопкой грунта и измерение сопротивления заземляющего устройства. Состояние контактных соединений между корпусами электроприборов и заземляющим устройством также должно регулярно проверяться – такая проверка называется проверкой металлосвязи и включает в себя проверку состояния контактных соединений в цепи защитного заземление и проверку состояние соответствующих проводников.
Все, что обязательно надо знать про заземление
Заземление — электронное соединение предмета из проводящего материала с землёй. Заземление состоит из заземлителя (проводящей части либо совокупы соединенных меж собой проводящих частей, находящихся в электронном контакте с землей конкретно либо через промежную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемое устройство с заземлителем. Заземлитель может быть обычным железным стержнем (в большинстве случаев железным, пореже медным) либо сложным комплексом частей специальной формы.
Качество заземления определяется значением электронного сопротивления цепи заземления, которое можно понизить, увеличивая площадь контакта либо проводимость среды — используя огромное количество стержней, повышая содержание солей в земле и т.д. Устройство заземления в Рф требования к заземлению и его устройство регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).
Проводники защитного заземления во всех электроустановках, также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе шины, обязаны иметь буквенное обозначение РЕ и цветовое обозначение чередующимися продольными либо поперечными полосами схожей ширины (для шин от 15 до 100 мм) желтоватого и зеленоватого цветов.
Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буковкой N и голубым цветом. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники обязаны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах.
Ошибки в устройстве заземления
Время от времени в качестве заземлителя употребляют водопроводные трубы либо трубы отопления, но их нельзя использовать в качестве заземляющего проводника. В водопроводе могут быть непроводящие вставки (к примеру, пластмассовые трубы), электронный контакт меж трубами может быть нарушен из-за коррозии, и, в конце концов, часть трубопровода может быть разобрана для ремонта.
Объединение рабочего нуля и PE-проводника
Другим нередко встречающимся нарушением является объединение рабочего нуля и PE-проводника за точкой их разделения (если она есть) по ходу рассредотачивания энергии. Такое нарушение может привести к возникновению достаточно значимых токов по PE-проводнику (который не должен быть токонесущими в обычном состоянии), также к неверным срабатываниям устройства защитного отключения (если оно установлено). Неверное разделение PEN-проводника
Очень небезопасным является последующий метод «создания» PE-проводника: прямо в розетке определяется рабочий нулевой проводник и ставится перемычка меж ним и PE-контактом розетки. Таким макаром, PE-проводник нагрузки, присоединенной к этой розетке, оказывается соединенным с рабочим нулем.
Опасность данной схемы в том, что на заземляющем контакте розетки, а как следует, и на корпусе присоединенного прибора появится фазный потенциал, при выполнении хоть какого из последующих критерий:
— Разрыв (рассоединение, перегорание и т.д.) нулевого проводника на участке меж розеткой и щитом (также дальше, прямо до точки заземления PEN-проводника);
— Перестановка местами фазного и нулевого (фазный заместо нулевого и напротив) проводников, идущих к этой розетке.
Защитная функция заземления
Защитное действие заземления основано на 2-ух принципах:
— Уменьшение до неопасного значения разности потенциалов меж заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление.
— Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В верно спроектированной системе возникновение тока утечки приводит к незамедлительному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения — УЗО).
Таким макаром, заземление более отлично исключительно в комплексе с внедрением устройств защитного отключения. В данном случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземленных предметах не превзойдет небезопасных величин. Более того, неисправный участок сети будет отключен в течение очень недлинного времени (десятые сотые толики секунды — время срабатывания УЗО).
Работа заземления при дефектах электрического оборудования Обычный случай неисправности электрического оборудования — попадание фазного напряжения на железный корпус прибора вследствие нарушения изоляции. Зависимо от того, какие защитные мероприятия реализованы, вероятны последующие варианты:
— Корпус не заземлен, УЗО отсутствует (более страшный вариант). Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это никак не будет найдено. Прикосновение к такому неисправному прибору может быть смертельно небезопасным.
— Корпус заземлен, УЗО отсутствует. Если ток утечки по цепи фаза-корпус-заземлитель довольно велик (превосходит порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то предохранитель сработает и отключит цепь. Наибольшее действующее напряжение (относительно земли) на заземленном корпусе составит Umax=RGIF, где RG. сопротивление заземлителя, IF. ток, при котором срабатывает предохранитель, защищающий эту цепь. Данный вариант недостаточно неопасен, потому что при высочайшем сопротивлении заземлителя и огромных номиналах предохранителей потенциал на заземленном проводнике может достигать достаточно значимых величин. К примеру, при сопротивлении заземлителя 4 Ом и предохранителе номиналом 25 А потенциал может достигать 100 вольт.
— Корпус не заземлен, УЗО установлено. Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это не будет найдено до того времени, пока не возникнет путь для прохождения тока утечки. В худшем случае утечка произойдет через человеческое тело, коснувшегося сразу неисправного прибора и предмета, имеющего естественное заземление. УЗО отключает участок сети с неисправностью, как появилась утечка. Человек получит только краткосрочный удар током (0,010,3 секунды — время срабатывания УЗО), обычно, не причиняющий вреда здоровью.
— Корпус заземлен, УЗО установлено. Это более неопасный вариант, так как два защитных мероприятия взаимно дополняют друг дружку. При попадании фазного напряжения на заземленный проводник ток течет с фазного проводника через нарушение изоляции в заземляющий проводник и дальше в землю. УЗО немедля обнаруживает эту утечку, даже если та очень малозначительна (обычно порог чувствительности УЗО составляет 10 мА либо 30 мА), и стремительно (0,010,3 секунды) отключает участок сети с неисправностью. Кроме этого, если ток утечки довольно велик (превосходит порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то может также сработать и предохранитель. Какое конкретно защитное устройство (УЗО либо предохранитель) отключит цепь — находится в зависимости от их быстродействия и тока утечки. Может быть также срабатывание обоих устройств.
Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combine) предложена германским концерном АЭГ (AEG, Allgemeine Elektricitats-Gesellschaft) в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник (Protection Earth) в этой системе совмещены в один провод. Наибольшим недочетом было образование линейного напряжения (в 1,732 раза выше фазного) на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля.
Невзирая на это, на сегодня можно повстречать данную систему заземления в постройках государств бывшего СССР.
На смену условно небезопасной системы TN-C в 1930-х была разработана система TN-S (фр. Terre-Neutre-Separe), рабочий и защитный ноль в какой делились прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой достаточно сложную конструкцию железной арматуры.
Таким макаром, при обрыве рабочего нуля посреди полосы, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Позднее такая система заземления позволила создать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные ощутить малозначительный ток. Их работа и до настоящего времени основывается на законах Киргхофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току.
Также можно следить систему TN-C-S, где разделений нулей происходит посреди полосы, но в случае обрыва нулевого провода до точки разделения корпуса окажутся под линейным напряжением, что будет представлять опасность для жизни при касании.
Что нужно заземлять в электроустановках
ПУЭ в вопросах и ответах. Заземление и защитные меры электробезопасности
Правила и схемы подключения защитных проводников РЕ и уравнивание потенциалов
Самый скандальный вопрос — заземление (зануление)
Источники: http://electricvdome.ru/zazemlenie/naznachenie-zazemlenia.html, http://elektrikdom.com/index/zachem_nuzhno_zazemlenie/0-392, http://elektrica.info/vse-chto-obyazatel-no-nado-znat-pro-zazemlenie/
