Устройство заземления. Виды систем заземления

Владельцы новых домов, участков со строящимся жильем, жители многоквартирных домов, дачники и все те собственников жилья где идет ремонт, сталкиваются с вопросами электроснабжения. Им приходится интересоваться тем, что такое заземление. От строителей и электриков они могут услышать термины, понять смысл которых было бы весьма небесполезно владельцам жилья, так как это может быть связано с правилами, обязательными для выполнения, и денежными расходами.

Заземление

Трудно, если вообще возможно, найти человека, которому не попадался бы на глаза знак заземления:

Но не все знают, для чего нужно заземление. А знать это не помешает, так как система заземления имеет весьма важные функции в электроэнергетике, в числе которых на первом месте находится электробезопасность. Устройство заземления включает в себя несколько проводников, которые подсоединяются к нейтрали, корпусам электроустановок и заземлителям. Способы подключения зависят от условий, в которых работают электроустановки, и развивались вместе с технологией. Было бы удобно рассмотреть их в «историческом» порядке.

На рисунке ниже показана промышленная трехфазная система электроснабжения:

В отличие от Т. Эдисона его сотрудник Никола Тесла видел перспективу в переменном токе и многофазной системе – дававшей огромное преимущество для преобразования энергии, в том числе и в механическую. Директор немецкой компании AEG («Объединенное общество электрификации») российский инженер М.О. Доливо-Добровольский оптимизировал систему Тесла и придал ей современный вид. В 1891 году заработала первая трехфазная ЛЭП Лауфен-Франкфурт мощностью в 70 кВт и поставила точку в вопросе о том, как надо вырабатывать и транспортировать электроэнергию.

В первых системах электропередач не было даже нейтрали – только фазные провода. Нейтраль была добавлена для улучшения распределения токов при неравномерной нагрузке по фазам. Проблема земли возникла после того, как выяснилось, что между проводами и заземленными предметами возникают значительные разности потенциалов, способные создавать достаточно большие токи, приводившие к поражению людей и возникновению пожаров.

Нужно учесть еще и то, что электрическая изоляция тех времен не всегда была достаточно совершенной. Решение казалось простым: соединить с землей самую удобную точку, по соображениям симметрии, это средняя точка звезды обмоток генератора или трансформатора. Это система TN-C (terra neutral combined – земля и нейтраль совместные). Патент от 1913 года принадлежал AEG. Это наиболее простая схема с глухозаземленной нейтралью, объединяющая защитное зануление и рабочее заземление:

Нейтраль заземляется на подстанции, может быть заземлена и в других точках. Рисунок показывает, как работает заземление в трехфазной промышленной сети. Недостатком этой системы является то, что при обрыве нейтрали (нулевого провода) где-нибудь на месте электроустановки могут оказаться под фазным напряжением.

Поэтому в предыдущую схему добавили меры, обеспечивающие защитное заземление и зануление. Заземление и зануление электроустановок производят двумя раздельными цепями. Рисунок ниже поясняет, что такое защитное заземление:

Эта схема называется TN-C-S (комбинированная-разделенная). Комбинируется (объединяется) она в точке уравнивания потенциалов, обычно там же используют повторное заземление нулевого провода. До него все цепи N (нейтраль) и PE (protective earth – защитная земля) должны быть разделены.

Принцип действия защитного заземления состоит в том, что с его помощью заряд электроустановки стекает на землю и оно продолжает защищать нетоковедущие части электроустановок и в ситуации «отгорания нуля». Это происходит потому, что общая часть, PEN — защитная земля и нейтраль —  выполнены очень надежно, чего нельзя сказать о местном подключении нуля к электроустановке.

К сожалению, нули отваливаются у электриков довольно часто. Иногда в этих цепях протекают слишком значительные токи и от перегрузки происходит подгорание контактов. Иногда нейтраль и линейные (фазные) провода оказываются перепутанными горе-электриками при ремонтах и подключениях. Все эти случаи резко увеличивают опасность поражения током если защитная земля отсутствует. В этом и состоит назначение защитного заземления.

Назначение заземления также зависит от вида электроустановки и может быть рабочим, обеспечивающим ее функционирование. Эти случаи могут и не иметь отношения к электробезопасности.

Устройство контура заземления показано на рисунке ниже:

Несколько металлических штырей забивают в землю на глубину 2.5-3 м, сваривают между собой стальной полосой и приваривают заземляющую шину, которая идет к шине, находящейся в здании. Величина сопротивления искусственного заземления не должна превышать 4 Ом.

Зануление и заземление

Иногда употребляют слово «зануление». Чем отличается заземление от зануления? При занулении корпус электроустановки просто соединяют с нейтралью. Например, трехфазный промышленный электродвигатель обычно имеет треугольную схему обмоток (меньше меди уходит) а его корпус «висит» в воздухе. При ухудшении изоляции корпус может оказаться под фазным напряжением. Поэтому его как минимум соединяют с нейтралью: в этом случае персонал не пострадает, а при коротком замыкании на корпус сработает автомат в цепи двигателя. Это типичная схема зануления. Заземление или зануление имеет место можно отличить по наличию провода PE.

Однако, ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок) запрещают соединять с нейтралью нетоковедущие части однофазных электроустановок.

Зануление в таких случаях делается при помощи третьего, специально предназначенного провода зеленого или желто-зеленого цвета. Полезно, кстати, запомнить, какого цвета провод заземления должен быть. Провод защитного заземления всегда имеет желто-зеленый цвет, в крайнем случае он зеленого (или желтого, что гораздо реже) цвета.

Отличие заземления от зануления в том, что заземляющий проводник соединяется с местным контуром заземления, расположенным поблизости от электроустановки, причем соединения с нейтралью может и не быть. Это не всегда хорошо и может стать большой проблемой при попадании в линию молнии во время грозы, вот в чем разница между заземлением и занулением.

В действительности это комплекс мер. Наиболее правильно располагать контуры заземления ближе к подстанции или в наиболее пожаробезопасном месте здания, а зануление делать, подключая провод защитной земли к системе уравнивания потенциалов. Это точка (шина), в которой делается зануление: вместе сходятся нейтраль, шина контура заземления, если он есть, и все проводники PE от электроустановок. То есть, та самая система TN-C-S.

Устройство защитного заземления состоит из клеммы на корпусе электроустановки, обозначенной знаком земли, провода желто-зеленого цвета, и точки уравнивания потенциалов в распределительном шкафу или щитке.

Защитным заземлением называется система проводников, обеспечивающая стекание тока утечки на нетоковедущие части электроустановки в землю, а точнее в точку, потенциал которой считается нулевым и максимально близким ко всему, до чего в состоянии дотронуться человек.

Розетки и вилки с заземлением

Современные электроустановки для бытовых и офисных целей: чайники, компьютеры, стиральные машины и т. п. всегда подключены вилкой с тремя проводами. В России используются т.н. евро вилки и розетки. Фактически они стали уже стандартом.

Первый этап электрификации (современные люди в возрасте успели еще побывать пользователями) принес в конторы и жилые дома счетчики с двумя пробками. Нейтраль была изолированной (система IT) и оба провода в такой системе были равноправными. Для деревянных домов это приучило владельцев к беспечности – можно было получить удар током, только взявшись за оба провода. Попытки что-то заземлить в таком доме были скорее нежелательными, так как это увеличивало риск пожара во время грозы.

В каменных домах возникало естественное заземление: металлические трубы коммуникаций, арматура в бетоне и т. п. Неправильное использование такого заземления приводило к несчастным случаям. Теперь искусственная земля соединяется с естественным в одной точке уравнивания потенциалов, туда же идут и все проводники PE от розеток. Вот зачем нужно заземление в розетке – оно идет к шине уравнивания потенциалов.

Соединять корпус электроприбора с нулевым проводом КАТЕГОРИЧЕСКИ запрещается – достаточно перевернуть вилку и людям угрожает смертельная опасность. Если испортилась изоляция и прибор «бьет на корпус» то при целом нулевом проводе может сработать предохранитель или автомат, который отключит фазу. Если при этом оборван нулевой провод, то никакой защиты от удара током в этом случае нет. Защитная земля в этом случае необходима и вполне надежно защищает людей от поражения током.