Что такое защитное зануление и где оно применяется

Согласно действующим техническим нормативам (ПУЭ, в частности) при эксплуатации любого электрооборудования повышенное внимание уделяется защите рабочего персонала и частного потребителя от удара электрическим током. При исследовании этой проблемы обычно затрагиваются такие технические вопросы, как:

1. что называют защитным заземлением вообще?;
2. возможность подключения к элементам контура и выбор типа заземляющего устройства (ЗУ);
3. что предпочтительнее: защитное заземление или так называемое «зануление»?

Еще одним немаловажным моментом является желание пользователя ознакомиться с тем, как можно рассчитать рабочие параметры заземлителя и как работает эта конструкция. Каждый из этих вопросов, касающихся устройств защитного заземления нуждается в отдельном и тщательном рассмотрении.

Классификация заземляющих систем (естественные и искусственные конструкции)

В качестве заземляющих устройств с характеристиками, соответствующими требованиям ПУЭ, широко применяются как естественные, так и искусственные системы и приспособления. Естественными ЗУ называются уже заглубленные в землю металлические конструкции и трубопроводы или их части, находящиеся в непосредственном соприкосновении с грунтом.

Дополнительная информация: К ним также относят не имеющие разрывов оболочки кабелей, металлические шпунты и подобные им элементы заземленных конструкций и систем коммуникации.

Естественные заземлители зданий и сооружений
Поскольку на обустройство таких ЗУ специальных затрат совершенно не требуется – действующими нормативами они рекомендуются к применению в первую очередь. И только в случае, если естественные заземляющие конструкции отыскать не удается – приходится устраивать их искусственный аналог. Для выяснения того, что является определением понятия искусственного заземления, потребуется разобраться с ним более подробно.

Под такой системой понимается устройство, изготавливаемое специально в целях организации местного заземления на трансформаторной подстанции или на стороне потребителя. В качестве элементов конструкции традиционно применяются вбиваемые вертикальные или укладываемые горизонтальные стальные заготовки. В первом случае используются стальные прутки диаметром не менее 12 мм и длиной 3-5 метра, а во втором – уголки с типоразмером 50x50x6 мм. Для этой же цели могут выбираться металлические трубы диаметром не менее 6 мм.

Установка заземлителя в грунт

Вертикальные электроды (смотрите фото слева) забиваются в грунт на глубину 2,5 метра, для чего в нем предварительно подготавливается траншея глубиной около 0,5-0,6 метра. Оголовок вбитого электрода должен выступать над поверхностью земли выкопанной траншеи на высоту порядка 0,1-0,2 метра. Вертикальные элементы конструкции соединяются с горизонтальными перемычками на сварку.

Обратите внимание: Систему траншей с размещенными в них электродными прутьями необходимо засыпать выбранной ранее землей, очищенной от крупных камней и постороннего мусора.

Выбор параметров электродных прутьев и глубина их погружения зависят от характера грунта в данной местности и особенностей ее климатических условий.

Согласно ГОСТ и действующим положениям ПУЭ сопротивление Rз контура заземления на протяжении периода эксплуатации должно составлять:

1. не более 8 Ом при питающем фазном напряжении подстанции 220/127 Вольт,
2. порядка 4 Ома при линейном питающем напряжении 380 Вольт;
3. не более 2-х Ом при электропитании 660/380 Вольт.

Эти параметры действительны для случая, когда ЗУ применяются в сетях напряжением до 1000 Вольт. Если они обустраивается для действующих электроустановок с рабочими напряжениями выше 1000 Вольт и с малыми токами замыкания на землю – сопротивление высчитывается по специальным формулам (смотрите ПУЭ).

Зануление в двухпроводной сети когда нет заземления. Мысли вслух

Многим конечно же эта статья не понравится как с технической точки зрения, так и со стороны безопасности. Уже вижу как кто-то полез в ПУЭ или ТКП (у меня в Беларуси оно называется «Технический Кодекс установившейся Практики»), что бы сказать мне, что так делать нельзя. Оно скорее всего так и есть, но написать статью хочется. Да и заработанную карму потратить на этом сайте негде (в смысле применить эти набранные очки с пользой для себя или кого-то ещё). Всё что будет написано ниже не стоит воспринимать как призыв к действию. Воспринимайте это как рассуждение, разминку для мозга.

Речь пойдёт о двух известных проблемах в жилых домах где нет отдельного заземляющего проводника даже в виде деления PEN на PE и N в ВРУ здания:

1. Как заземлиться где нет «земли»?
2. Защита при отгорании магистрального нулевого провода

Без защитного проводника

Единственным вариантом защиты человека от поражения электрическим током при попадании фазы на не заземлённый (и не занулённый) корпус эл.прибора возможен с электромеханическим УЗО. Есть ещё СУП (Система Уравнивания Потенциалов), но если она нормально не заземлена это может нести ещё больший риск.
Здесь всё просто, при протекании тока через условный пол — тело человека — корпус электроприбора

УЗО сработает от разности токов втекающих и вытекающих по нулю и фазе. То есть не важно по какому пути пойдёт эта утечка тока:
фаза-пол
,
ноль-пол
или
фаза и отгоревший ноль — пол
— УЗО сработает в любом из этих вариантов. Важно одинаковое направление этих токов.

Но помимо безопасности существуют трудности которые порой носят непреодолимый характер:

1.

Электроприбор «кусается» из-за его конструктивных особенностей (конденсаторы в блоке питания).
2.
Электроприбор изначально не «кусался», но начал «кусаться», при этом он как и прежде работает. Переворачивание вилки в розетке не помогает. Денег, времени и пр. на ремонт нет, хочется только устранить «кусания» или даже «подёргивания» и пользоваться пока окончательно не сломается.
3.
Электроприбор не «кусается», однако из-за наличия «гуляющего» напряжения на корпусе не хочет нормально работать (например длинный USB провод от компьютера к принтеру, гудение в динамиках звуковых усилителей, плохой приём радиосигнала и др).

Что бы избавиться от этих проблем, многие жертвуют безопасностью подсоединяя корпуса эл.приборов на прямую к «заземлению» в виде труб отопления, арматуры, или если позволяют условия: закопав металлический штырь в землю. Опасность этих способов «заземления» давно известна. На определённых участках трассы трубы могут быть соединены пластиком, а не металлом, иметь большое сопротивление с заземлением. Токи утечки от электроприборов способствуют быстрой коррозии труб. При попадании фазы на корпус автоматический выключатель или УЗО может не сработать если протекаемые токи будут малы. Появится риск поражения эл.током не только того кто сделал такое заземление, но и всех тех кто волею случая оказался в зоне поражения (сантехник меняющий трубу или соседи этажом ниже и выше).

Зануление от щита

Здесь необходимо сделать отступление.
Хоть в наших электросетях ноль и соединён с контуром заземления на ТП, из-за неравномерной токовой нагрузки по фазам, а так же большой протяжённости кабельных линий, у удалённых потребителей электроэнергии напряжение между нулём и заземлением может составлять больше десятка вольт. Падение напряжения есть и в нулевом проводе!

Стоя на мокром бетонном полу и касаясь руками к корпусу занулённого водонагревателя или металлического крана соединённого металлическими шлангами, вы определённо сможете почувствовать это напряжение. А если соединить нулевой провод с закопанными в землю металлическими трубами или прочими конструкциями, по ним может пойти не слабый такой ток в несколько ампер.

То есть даже теоретически не каждым нулевым проводом можно сделать «зануление» если оно намертво прикручено в ВРУ с разделением там же PEN на PE и N. Такие случаи бывают, например когда у здания нет своего контура заземления. Между настоящей землёй (точка соединения на ТП контура заземления и отходящего нулевого провода) и разделённой «землёй» в ВРУ здания возникнет потенциал.

Если ноль не «кусается», то можно пофантазировать на тему как можно им защитится на время пока он цел. А что бы знать что он цел, необходимо привязаться к некой точке у которой хотя бы в теории будет неизменный нулевой электрический потенциал (опорное напряжение) относительно земли. Этой точкой может стать место присоединения нулевого провода к шине заземления на ТП, а сама земля быть как бы идеальным проводником на котором условно нет падения напряжения на участке «земля ТП — земля подключенного здания». Вот к примеру цитата одного комментария на ютубе на эту же тему

… есть такое понятие ( статистический(искусственный 0), если его использовать относительно естественного 0 можно решить это проблему гораздо проще и дешевле). Разница между искусственным 0 и естественным достигает при перекосах и обрывах фаз от 0,5 до 10 в. Проверено опытным путём.

Важным условием для такого «опорного заземления» — это возможность пропустить через себя ток величиной достаточной для срабатывания защиты, при этом возникшее напряжение между «опорным заземлением» и «естественной землёй» не должно превысить опасных значений, к примеру 30 вольт.
Где найти такое опорное заземление в квартире — большой вопрос. Трубы отопления, водопровода и газа откидываем по причинам описанным выше. Вариант подключения к СУП в санузле, но неизвестно как это СУП соединено между собой и другими квартирами, опасно. Получается, единственный вариант — это арматура в стенах и потолке, сваренная между собой и имеющая сопротивление с настоящей землёй менее 1 кОм. Хотя в кирпичном или деревянном здании и этого может не быть.

Но если есть, тогда можно провести испытание её «качества». Взять вольтметр и измерить напряжение между нулём в розетке и арматурой в стенке. Если оно не равно нулю, а к примеру 3 и более вольт, закоротив ноль и арматуру через предохранитель на 100мА, этот предохранитель должен сгореть (при условии, что сопротивление между арматурой и настоящей землёй маленькое). Либо если напряжение между нулём и арматурой близко к нулю, подцепить последовательно в цепь батарейку типа «крона», добавив 9 вольт.

Сгоревший предохранитель — как индикатор пройденного теста «опорного заземления».

Для теоретического эксперимента понадобится четырёхполюсное электромеханическое УЗО или Диф автомат типа AC на ток утечки 30мА, как самое распространённое.

Ориентируясь на то, что схема защиты работает относительно «опорного заземления» рисую первую схему.

Схема схожа со схемой подключения УЗО в двухпроводной сети, с той лишь разницей, что «защитный» нулевой проводник взятый с корпуса щитка у нас так же подключен через третий контакт УЗО, но снизу. Ситуации:

А. Ноль в щитке целый. При возникновении токов утечки с корпуса эл.прибора на фазу или ноль, УЗО заметит разницу токов втекающих и вытекающих, защита сработает.

Б. Ноль не приходит на корпус щитка (обрыв). На корпусе напряжение относительно «опорного заземления». Если ток пойдёт по цепочке «защитный ноль — корпус — тело — пол» УЗО отреагирует и на эту утечку.

А если нужно, что бы УЗО не срабатывало на токи утечки с нуля на корпус или с фазы на корпус? Садим защитный ноль на верхние контакты УЗО. Теперь токи суммируются и вычитаются по другому.

А. Ноль в щитке целый. При возникновении токов утечки с корпуса эл.прибора на фазу или ноль УЗО не заметит разницу токов втекающих и вытекающих, УЗО не сработает.

Б. Ноль не приходит на корпус щитка (обрыв). На корпусе напряжение относительно «опорного заземления». Если ток пойдёт по цепочке «защитный ноль — корпус — тело — пол» УЗО отреагирует на эту утечку.

Защита при обрыве нуля

Четвёртый контакт УЗО можно использовать как детектор обрыва нуля. Опять же используя наше «опорное заземление». Как только в щитке на защитном нулевом проводе появится напряжение более 30 вольт относительно «опорного заземления» появится ток утечки и защита сработает.
Комментарий из интернета

Кстати, в далеком 2000г. в бутике на Подоле в Киеве (дореволюционный дом, воздушный ввод) мне удалось заставить УЗО реагировать на обрыв ноля. Я поставил между нолем и чистой землей (сам сделал контур) резистор 1кОм, при нормальном напряжении на ноле 5В утечка с ноля 5мА, при обрыве ноля на нем хотя бы 50В, утечка 50мА, УЗО отключалось.

Минус резистора — ток в несколько миллиампер при малых напряжениях между землёй и нулём, то есть может всегда висеть 10-15мА, что не есть хорошо для всего остального что подключено к УЗО которое может сработать например при 17-20мА.
Варистор имеет не совсем хорошую ВАХ, сопротивление при пробитии падает не резко, в добавок если даже и ограничить ток резистором, всё равно у него ограниченное количество срабатываний.

Газовые разрядники от 75вольт, это слишком много. Сопротивление зависит от приложенного напряжения.

Гораздо проще собрать схему на диодах, стабилитроне и транзисторе. Можно и на двух мощных стабилитронах, но их сложнее найти в продаже.

Условие работы схемы:

1. Минимальное напряжение стабилизации стабилитрона Uст.мин должно быть больше чем амплитудное значение напряжения между «опорной землёй» и защитным нулём.
2. Коэффициент усиления транзистора h21э должен быть не более 20 — 40. Что бы единицы микроампер на базе не превратились в десятки миллиампер на коллекторе. Транзистор обычный биполярный.
3. Резистор ограничивающий ток схемы подбирается из условия, что при 30V между «опорной землёй» и защитным нулём должен протекать ток 30мА.

Когда напряжение между «опорной землёй» и защитным нулём меньше Uст.мин ток через схему составляет единицы микроампер. При увеличении напряжения до 30 и более вольт, ток через схему резко увеличится до нужных нам 30 и более миллиампер.

Всё вместе будет выглядеть так

или так

Если без паяния схем, то можно поставить простую защиту от перенапряжения между рабочим нулём и фазой. При отгорании нуля в щитке и появлении более 250 вольт вместо 220, через четвёртый контакт УЗО потечёт ток, защита так же сработает.

Вариаций схем на эту тему наверно можно придумать много.

Учитывая что в продаже есть электронные реле напряжения или аналогичные механические расцепители для УЗО и автоматов от производителей электротехнической продукции, такое «кулибинство» возможно свести на нет или до минимума. Главное знать, что такие аппараты защиты существуют и иметь общее представление где и как их применяют.

P.S.

Важное замечание с обсуждения на одном форуме

что будет, если ты применишь 4-х полюсное УЗО, которое соединяет через свои контакты батарею с нулём в щите, когда на батарее, но не твоей, а соседской, появится желающий использовать её в виде нуля? Это к тому, что тогда через контакты твоего УЗО потечёт куда больший ток, чем предполагалось изначально

Здесь важен такой момент, что «защитный ноль» на корпусе может быть электрически связан с водопроводными трубами, например при соединении стиральной машины или водонагревателя шлангами к трубам (не обязательно металлическими). По защитному нулю, через корпус эл.прибора по шлангам на батарею пойдёт уравнивающий ток, УЗО сработает, но и токи даже в единицы миллиампер — не есть хорошо. Плюс ситуации, описанные в начале статьи.
Для лучшего понимания как работают устройства защиты по дифференциальному току и их необычного применения, крайне рекомендую к просмотру цикл видео «Устройства дифференциального тока против обрыва, нагрева и дуги» автора ID — Vladimir Melnikov (на хабре Vladimir Melnikov

).

Защитное заземление и зануление

Чтобы понять, что такое защитное заземление – потребуется разобраться в особенностях организации и обустройства. При этом важно научиться отличать его от рабочего аналога, необходимого для нормального функционирования питающих цепей. Защитное заземление в отличие от рабочего обеспечивает безопасные условия для обращения с оборудованием, открытые части которого в случае аварии оказываются под напряжением. Однако нередки ситуации, когда обустроить защитный контур на конкретном объекте не представляется возможным. Это может быть связано с отсутствием условий для его размещения или другими причинами организационного характера.

Важно! Для защиты человека от удара током в условиях, когда невозможно организовать обычное заземление, используется защитное зануление.

Чтобы детально разобраться в том, что это такое защитное зануление потребуется ознакомиться с принципом его действия. Суть этой системы заключается в соединении открытых токопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением, с наглухо заземленной нейтралью питающей линии (трансформатора).

Защитное заземление и зануление решают одну и ту же задачу обеспечения безопасности человека

Таким образом, защитное заземление и зануление для электроустановок, как системы, решают одну и ту же задачу обеспечения безопасности человека, но каждая по-своему (смотрите фото выше). В первом случае для организации цепочки стекания аварийного тока применяется местное заземляющее устройство, снижающее высокий потенциал на корпусе оборудования до безопасного уровня. При обустройстве системы зануления используется нейтраль питающей сети, позволяющая превратить аварийную ситуацию в обычное однофазное замыкание. Областью применения защитных занулений являются все случаи, когда невозможно применить обычную систему заземления.

Проверка эффективности зануления

Чтобы проверить, насколько действенно зануление, нужно сделать замер сопротивления петли фаза-ноль в наиболее отдаленной от источника электропитания точке. Это даст возможность проверить защищенность в случае воздействия тока на корпус.

Сопротивление измеряется с использованием специализированной аппаратуры. Измерительные приборы оснащены двумя щупами. Один щуп направляют на фазу, второй — на зануленную электроустановку.

По результатам измерений устанавливают уровень сопротивления на петле фазы и нуля. С полученным результатом рассчитывают ток однофазного замыкания, применяя закон Ома. Расчетное значение тока однофазного замыкания должно быть равно или превышать ток срабатывания защитного оборудования.

Предположим, что для предохранения электроцепи от перегрузок и коротких замыканий подключен автомат-выключатель. Ток срабатывания составляет 100 Ампер. По результатам измерений сопротивление петли фазы и нуля равно 2 Ом, а фазовое напряжение в сети — 220 Вольт. Делаем расчет тока однофазного замыкания на основе закона Ома:

I = U/R = 220 Вольт/2 Ом = 110 Ампер.

Поскольку расчетный ток короткого замыкания превышает ток мгновенного срабатывания автомата-выключателя, делаем вывод об эффективности защитного зануления. В противном случае понадобилась бы замена автомата-выключателя на прибор с меньшим током срабатывания. Другой вариант решения проблемы — сокращение сопротивления петли фаза-ноль.

Нередко при проведении расчетов ток срабатывания автомата умножают на коэффициент надежности (Кн) или коэффициент запаса. Причина в том, что отсечка не всегда равна указанному показателю, то есть возможна определенная погрешность. Поэтому использование коэффициента позволяет получить более надежный результат. Для старого оборудования Кн составляет от 1,25 до 1,4. Для новой техники применяется коэффициент 1,1, так как такие автоматы работают с большей точностью.

Назначение и принцип работы защитного заземления

Уже отмечалось, что система электрического заземления предназначена для защиты персонала, обслуживающего электроустановки и рядовых пользователей от высокого напряжения. Опасный потенциал чаще всего попадает на металлические части оборудования или бытовых приборов совершенно случайно (из-за повреждения изоляции, например). Назначение и сам принцип действия ЗУ проще понять, если вспомнить о том, что надежный контакт с землей приводит к растеканию опасного тока и снижению уровня потенциала.

Таким образом, назначение защитного устройства – создать условия, уменьшающие риск поражению живых организмов током опасной величины за счет снижения напряжения в точке замыкания.

Принцип действия системы заземления заключается в снижении высокого потенциала, случайно оказавшегося на корпусе оборудования, до безопасного для организма человека значения. В отсутствие функционального заземления неумышленное прикосновение к нему равносильно непосредственному контакту с фазной жилой. С учетом того, что оператор чаще всего стоит на железобетонном полу, а обувь у него не всегда сухая – через его тело может протекать значительный по величине ток.

Наличие защитного заземления создает условия для того, чтобы основная часть тока с системы стекала в землю

Наличие функционального заземления создает условия для того, чтобы основная часть тока с системы стекала в землю. Его доля, приходящаяся на организм человека, будет ничтожно мала и не причинит ему никакого вреда (смотрите фото слева). Это гарантирует требуемый уровень электробезопасности при работе с заземляемым устройством.

Дополнительная информация: Системы заземления наряду с уже известным нам техническим занулением – не единственные варианты обеспечения безопасности при эксплуатации электроустановок.

Наряду с ними ПУЭ рекомендуются к применению специальные устройства аварийного отключения питающей линии (УЗО), срабатывающие при появлении утечек на землю.

Что такое зануление

Все жилые районы и большинство промышленных предприятий подключены к понижающим трансформаторам, вторичные обмотки которых соединены в «звезду» и подключены к контуру заземления без разрывов и переключателей. Такая схема электропитания называется «с глухозаземлённой нейтралью».

От таких подстанций отходит четыре провода — три фазных от концов обмоток и нейтраль, или нулевой проводник, от средней точки звезды. Занулением является соединение металлических корпусов электроприборов с нейтралью трансформатора или с нулевым проводником в однофазной сети 220В.

Согласно ПУЭ п.1.7.31 защитным занулением это подключение будет в том случае, если оно выполнено для повышения электробезопасности, а не по требованиям технологии или иным причинам.

Как рассчитать систему заземляющих элементов

Знакомство с порядком расчета заземления следует начать с выяснения того, какую величину принимать за определяющий показатель и для какой цели применяется сама процедура. Этим параметром является сопротивление защитного контура, зависящее от таких технических показателей, как:

• Габариты и форма заземляющей системы.
• Глубина ее погружения в землю.
• Состояние грунта в данной местности.

Важно: Большой «вклад» в формирование проводимости цепочки стекания тока вносит переходное сопротивление контактов в конструкции самого ЗУ.

Известно, что контур искусственного заземления состоит из комплекта вертикальных и горизонтальных металлических элементов и медной соединяющей их шины. С целью обеспечения минимального сопротивления стеканию тока в землю необходимо:

1. использовать заземляющие системы с большой площадью контакта с грунтом (при необходимости – увеличить количество вертикальных штырей и их шаг);
2. постоянно следить за состоянием почвы в месте расположения устройства и уметь определять удельное сопротивление грунта;
3. контролировать надежность сварных соединений.

Для оценки реальных показателей эффективности ЗУ необходимо ознакомиться с существующими методиками измерения проводимости заземляющей системы.

Для чего необходимо заземление

Если энергоснабжение в помещении организовано в соответствии с ПУЭ, на входе, в распределительном щитке установлены защитные автоматы.

Эти выключатели срабатывают при превышении установленной силы тока: нагревается биметаллическая пластина, происходит ее деформация, и контакты автомата механически размыкаются.

Важно! Именно для этого, автоматы устанавливаются в разрыв фазного проводника. Нулевая шина может быть подключена напрямую.

Происходит разрыв цепи, находящейся под напряжением, электроустановка (или вся цепь) обесточивается, обеспечивая безопасность. Как это работает на практике, и что такое заземление в данной цепочке?

Заземление, это электрический контакт между линией, специально выделенной в электросети, и реальной (физической) землей. То есть шина заземления имеет электрический контакт с грунтом. Одновременно, любая установка, вырабатывающая или распределяющая электрический ток, соединена нулевым проводом с той же землей.

Мы с вами рассматриваем однофазные сети, в которых для питания используются две линии: ноль и фаза. Трехфазные системы в быту применяются редко, поэтому знание этих систем необходимо лишь профессионалам.

Даже если к вам в дом заведено три фазы (такое встречается в частном секторе), для конечного потребления все равно используется два провода: ноль и фаза.

Допустим, у вашей электроустановки (холодильник, бойлер, стиральная машина), особенно с металлическим корпусом, произошла утечка фазы. То есть, провод под напряжением касается корпуса (отсоединился контакт, нарушена изоляция, протекла вода). Прикоснувшись к электроприбору, вы будете поражены электрическим током. Кроме того, сопротивление в точке касания мизерное, вследствие чего произойдет мгновенный нагрев провода, и возгорание электроприбора.

Если ваш бойлер заземлен, электрический ток потечет по пути наименьшего сопротивления, то есть по контуру: фаза — «земля» — нулевая шина. Сила тока спонтанно возрастет, и сработает аварийное отключение в автомате защиты. Никто не пострадает, материальный ущерб не будет нанесен.

Если вы имеете поверхностные знания устройства электроустановок, возникает вопрос: а зачем нужно заземление, если то же самое произойдет между фазным и нулевым проводом? И собственно, чем отличается заземление от зануления?

Типовые методики расчета

Для расчета защитного заземления потребуется заранее определиться со следующими исходными показателями:

• Размеры и общее число вбитых в грунт штырей из стали.
• Расстояние, оставляемое между ними (шаг установки).
• Глубина заложения прутьев.
• Удельное сопротивление самой почвы в месте обустройства ЗУ.

Помимо них важно учитывать геометрическую форму и материал заготовок, из которых сваривается система из заземлителей (либо это типовой стальной уголок, либо медная полоса и тому подобное).

Согласно действующей нормативной документации (ПУЭ, в частности) минимальные размеры выбранных заготовок должны быть не менее:

1. полоса стальная с сечением не менее 100 мм2;
2. стальной уголок со сторонами 4х4 мм;
3. круглый стальной брусок сечением 16 мм2;
4. металлическая труба диаметром 32 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм.

Минимальные размеры штырей или арматурных прутьев, используемых для изготовления системы ЗУ, выбирается из следующих соображений. Длина заготовок не может быть менее 1,5-2 метра. Расстояния между ними берется кратным длине каждого стержня. В зависимости от того, какая площадка выбирается для обустройства ЗУ, они устанавливаются либо в ряд один за другим, либо в виде квадрата или правильного треугольника. Согласно применяемой методике расчета основная его задача – определиться с числом стержней и параметрами соединяющей из полосы (ее длиной и толщиной).

Для расчета всех параметров защитного заземления Вы можете воспользоваться онлайн калькулятором на нашем сайте.

Пример расчета элементов ЗУ

В качестве примера рассмотрим расчет сопротивления стеканию аварийного тока для вертикального стержня, взятого в единственном экземпляре (чертеж справа).

Чертеж вертикального заземлителя

Для его проведения потребуется знать следующие исходные данные:

ρ – удельное сопротивление грунта в этом месте (в Омах на·метр);

L – длина стержня в метрах;

d – его основной типоразмер (диаметр) в метрах;

Т – расстояние до середины прутка от поверхности в метрах.

Если учитывать величину, ограничивающую растекание тока для горизонтальных элементов ЗУ, то сопротивление для их вертикальных аналогов вычисляется по следующей формуле:

Формула расчета сопротивления растеканию тока для вертикальных заземлителей

В ситуации, когда заземляющее устройство обустраивается в неоднородном грунте (специалисты называют его двухслойным), удельное сопротивление рассчитывается так:

Формула расчета удельного сопротивления для неоднородного грунта

где – Ψ представляет собой сезонный коэффициент;

ρ1 и ρ2– удельные сопротивления различных слоев местного грунта (верхнего уровня и нижнего слоя соответственно), измеренные в Омах на·метр;

Н – толщина слоя, расположенного в верхней части грунта в метрах;

t – общее заглубление вертикальных элементов (глубина всей траншеи), равное примерно 0,7 метра.

Нужное число стержней (без учета горизонтальных компонентов) определяется следующим образом:

где Rн представляет собой нормируемое согласно ПТЭЭП сопротивление растеканию.

Если учитывать горизонтальные составляющие ЗУ, то формула для числа вертикальных штырей примет следующий вид:

где ηв – это коэффициент использования системы, указывающий на то, насколько сильно токи растекания от единичных элементов влияют друг на друга (при их различном расположении).

Дополнительная информация: При параллельном размещении системы из прутьев взаимное влияние токов растекания единичных штырей проявляется значительно сильнее.

Именно поэтому при слишком близком их расположении общее сопротивление защитного контура существенно возрастает. Полученное после использование указанных формул число заземляющих элементов обычно округляется до большего значения. Расчет заземления по ним удается автоматизировать, если воспользоваться специально разработанной для этих целей программой «Электрик v.6.6». Скачать это ПО можно бесплатно на соответствующем сайте в Интернете.

Что надежнее: зануление или заземление

Обе системы защиты устанавливают в целях безопасности жизнедеятельности человека. Выбор того или иного варианта зависит от местоположения, предложенных обстоятельств, условий эксплуатации.

По всем параметрам заземление надежнее защищает от случайного поражения током, тем самым создавая безопасность проживания и труда человека.

Зануление применяют в старых домах советской постройки, где провести защитный контур заземления уже невозможно. По современным стандартам ПУЭ, в новых проектах устанавливается защитная система заземления.

Отличие рабочего заземляющего провода от защитной шины

Рабочий и защитный заземляющие проводники отличаются один от другого, прежде всего, своим назначением. Первый из них служит целям обеспечения нагрузки фазным током, создавая цепь для его протекания от трансформатора к потребителю. Второй же используется целенаправленно для обустройства систем заземления (как на станционной стороне, так и у потребителя).

Обратите внимание: На производстве или в частных домах, например, заземляющая жила используется для организации так называемого «местного» или повторного заземления.

Таким образом, основное функциональное назначение рабочей шины – создание условий для бесперебойной работы станционного и местного электрооборудования за счет прокладки отдельной от защитного проводника линии. Система заземления функционально решает совсем иные задачи – она создает условия для безопасного режима эксплуатации этого оборудования. Кроме того, к ней подключаются установленные на предприятиях или в частных домах молниеотводы. Она же используется при необходимости создания систем заземления и уравнивания потенциалов в электроустановках.

Принципиальная схема разделения PEN проводника на PE и N

Чтобы не путать эти два типа заземляющих проводников на электрических схемах – специально введены буквенные и цветовые обозначения, указывающие на способ их монтажа (совмещенный или раздельный). В первом случае общий провод обозначается как PEN, а при раздельной прокладке они функционально разделены на PE защитный и на N, нулевой или рабочий (фото слева). В зависимости от способа оформления этих двух проводников различают несколько видов систем заземления, допустимых к применению в российских питающих сетях.

Опасность зануления в квартире

Скачки напряжения опасны как для людей, так и для бытовой техники в квартирах. В многоквартирных домах одной из квартир достанется низкое напряжение, а другой — высокое. Если в розетке квартиры случится обрыв нулевого проводника, при следующем включении электроустановки (например, бойлера) человека ударит током.

Особенно зануление опасно в двухпроводной системе. К примеру, при проведении электромонтажных работ электрик может заменить нулевой проводник на фазный. В электрощитах эти жилы далеко не всегда обозначены определенным цветом. Если замена произойдет, электрическое оборудование окажется под напряжением.

По нормативам Правил установки электроустановок на бытовом уровне зануление не разрешается для использования в бытовых целях именно по причине его небезопасности. Зануление эффективно только для защиты больших объектов производственного назначения. Однако, несмотря на запрет, некоторые люди решаются на установку зануления в собственном жилье. Происходит это либо по причине отсутствия иных методов решения проблемы, либо из-за недостаточности знаний по данному предмету.

Зануление в квартире технически осуществимо, но эффективность такой защиты непредсказуема, как и возможные негативные последствия. Далее рассмотрим ряд ситуаций, которые возникают при наличии зануления квартире.

Зануление в розетках

В некоторых случаях защиту электроприборов предлагают выполнить путем перемычки клеммы розеточного рабочего нуля на защитный контакт. Такие действия противоречат пункту 1.7.132 ПУЭ, поскольку предполагают задействование нулевого провода двухпроводной электросети в качестве как рабочего, так и защитного нуля одновременно.

На вводе в жилое помещение чаще всего расположено устройство, предназначенное для коммутации фазы и нуля (двухполюсный прибор или так называемый пакетник). Коммутация нуля, используемого как защитный проводник, не допускается. Иными словами, запрещено использовать в качестве защиты проводник, электроцепь которого включает коммутационный аппарат.

Опасность защиты с применением перемычки в розетке состоит в том, что корпуса электроустановок в случае повреждения нуля (независимо от участка) попадают под фазное напряжение. Если нулевой проводник обрывается, электроприемник перестает функционировать. В этом случае провод кажется обесточенным, что провоцирует на необдуманные действия со всеми вытекающими последствиями.

Обратите внимание! При обрыве нуля источником опасности становится любая техника в квартире или в частном доме.

Перепутаны местами фаза и ноль

При проведении электромонтажных работ в двухпроводном стояке своими руками существует немалая вероятность путаницы между нулем и фазой.

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

Отгорание нуля

Обрыв нуля (отгорание нуля) часто случается в зданиях с плохой проводкой. Чаще всего проводка в таких домах проектировалась, исходя из 2 киловатт на единицу жилья. На сегодняшний день электропроводка в домах старого типа не только износилась физически, но и не способна удовлетворить возросшее количество бытовой техники.

При обрыве нуля дисбаланс возникает на трансформаторной подстанции, от которой питается многоквартирное здание. Перекос возможен в общем электрическом щите здания или в этажном щитке дома. Следствием этого станет беспорядочное понижение напряжения в одних квартирах и повышение — в других.

Низкое напряжение губительно для некоторых видов электробытовой техники, в том числе кондиционеров, холодильников, вытяжек и прочих аппаратов, оснащенных электрическими двигателями. Высокое напряжение представляет опасность для всех видов электроустановок.

Требования, контроль, проверка

При обустройстве и эксплуатации систем заземления организации контроля их состояния уделяется повышенной внимание. Перед проведением этих мероприятий в первую очередь необходимо ознакомиться с содержанием терминов, используемых для описания процедур. Под «проверкой» понимается визуальное обследование систем заземления на соответствие следующим требованиям:

1. надежность контактов в местах сочленения элементов ЗУ;
2. отсутствие следов разрушения на открытых частях конструкций и подводящих медных шин;
3. состояние защитной окраски, которую рекомендуется регулярно обновлять, а также наличие маркировки на подводящих проводниках.

Под словом «контроль» понимают периодические испытания заземляющих контуров с целью выявления соответствия их сопротивлений стеканию тока установленным ПУЭ нормам. Согласно требованиям этого документа оно не должно превышать нескольких единиц Ома.

Дополнительная информация: Для контроля состояния заземления потребуются измерительные приборы, подключаемые к конструктивным элементам по специальной схеме.

Согласно требованиям ПУЭ действующие ЗУ должны проверяться не реже чем один раз в полгода (визуальный осмотр). Та же процедура, сопровождающаяся выборочным вскрытием земляного покрова в подозрительных местах, проводится не реже одного раза за 12 лет. При организации контроля исправности и надежности функционирования систем ЗУ также исходят из рекомендаций ПУЭ, определяющих какие напряжения не требуется применять при проверке сопротивления контура, а какие – можно.

Кроме того, типовые методики проводимых периодически контрольных обследований предполагают обязательное измерение сопротивления электрического контура, называемого «петлей фаза-нуль». Эта искусственно создаваемая система формируется путем замыкания отдельно взятого фазного провода на металлический корпус подключенной к действующей сети электроустановки.

По сути, такая петля образуется между фазной шиной и заземленным нулем, что и стало поводом для присвоения ей такого названия. Знание этого параметра позволяет точнее контролировать цепи заземления с целью обеспечения требуемой эффективности защиты (стекания аварийного тока в грунт). От величины сопротивления этого контура зависит безопасность обслуживающего персонала и работающих с бытовыми приборами людей.

Коротко о главном

Заземление – это отвод напряжения с корпуса электрооборудования в грунт посредством заземляющего контура. Существует его профессиональные, бытовые и стихийные варианты. Оно может быть искусственным специально созданным или естественным, когда в качестве передатчиков тока используются подходящие металлические конструкции.

Зануление отличается от заземления тем, что электрический ток при пробое на корпус отводится не в землю, а в распределительный щиток. Этим искусственно вызывается корочение, в результате чего срабатывает автомат и оборудование обесточивается. При этом основные различия между ними сводятся к следующим особенностям:

• Заземление отводит ток в грунт, а зануление в щиток.
• Заземление снижает напряжение на корпусе, зануление полностью обесточивает цепь.
• Изготовление заземляющего контура доступно любому мало-мальски грамотному человеку, защиту через «ноль» может обустроить только профессионал.
• Защита через зануление больше подходит для производственных объектов, заземление – для жилых.

Зануление в доме подходит как временная мера, пока не будет создан полноценный заземляющий контур во дворе. Обустраивать защиту через «ноль» необходимо с тщательным выбором подходящих проводников и соблюдение электромонтажных правил.

Как определить сопротивление петли «фаза-нуль»

Требования, содержащиеся в правилах ПТЭЭП, предписывают постоянный контроль состояния ЗУ, обеспечивающих безопасность эксплуатации бытового и промышленного электрооборудования. Согласно этим нормативам в системах до 1000 Вольт с заземленной наглухо нейтралью они обязательно проверяются на одиночное фазное замыкание. Используемые методики испытаний, прежде всего, опираются на техническую базу, представленную образцами измерительных приборов специального назначения.

Измерительная аппаратура

Для проверки сопротивления контурной цепочки замыкания «фаза нуль» традиционно применяются электронные приборы, отличающиеся малой погрешностью измерений. К наиболее известным образцам измерительной техники этого класса относят:

• Измерители марок М 417 и MSC 300, позволяющие определять проводимость контролируемых цепей (на основании полученных результатов токи КЗ в грунт вычисляются по специальным формулам).
• Прибор ЭКО-200, предназначенный исключительно для определения токов КЗ. Устройство ЭКЗ-01, используемое точно так же как и ЭКО-200.
• Измерительный прибор марки ИФН-200.

М417 допускается применять при организации и проведении измерений в трехфазных цепях с заземленным наглухо нулем (в этом случае снятия питающего напряжения не требуется). В ходе испытаний используется метод падения напряжения при размыкании контролируемой цепи на время порядка 0,3 секунды. К неудобствам работы с этим прибором относят обязательность его калибровки перед началом каждого нового измерения.

Измеритель сопротивления цепи фаза-нуль марки М 417

Изделие MSC300 – это более совершенное техническое устройство, оснащенное сложной электронной начинкой в виде современных микропроцессорных чипов. При работе с этим прибором применяется метод снижения потенциала при включении в измеряемую цепь сопротивления величиной 10 Ом. Рабочее напряжение варьируется в границах от 180 до 250 Вольт, а время замера искомого параметра составляет около 0,03 секунды. При проведении замеров он подсоединяется к контролируемой линии в самой удаленной точке, а для начала работы с ним потребуется нажать кнопку «Старт». С результатами измерений можно ознакомиться после вывода их на встроенный цифровой дисплей.

MZC-300 измеритель параметров сетей электропитания зданий и сооружений

В ситуации, когда в распоряжении пользователя не оказалось ни одного образца специальной измерительной техники – для практического определения сопротивления петли «фаза-нуль» могут применяться типовые вольтметр и амперметр. Требуемый результат находится по простейшей формуле, знакомой многим еще по школьному курсу физики.

Схема работы

Как было сказано выше, зануление основано на провоцировании короткого замыкания после попадания фазы на металлический корпус электроустановки, соединенной с нулем. Так как сила тока возрастает, подключается защитный механизм, отключающий электропитание.

По нормативам Правил установки электроустановок в случае нарушения целостности линии она должна отключаться автоматически. Регламентируется время на отключение — 0,4 секунды (для сетей 380/220В). Для отключения используются специальные проводники. Например, в случае однофазной проводки задействуется третья жила кабеля.

Для правильного зануления важно, чтобы петля фазы-нуля характеризовалась невысоким сопротивлением. Так обеспечивается срабатывание защиты за нужный промежуток времени.

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

На схеме ниже показан принцип работы системы:

Выводы

В заключительной части обзора отметим, что областью применения систем защитного заземления являются все электрическое оборудование, работающее как на стороне потребителя, так и в границах трансформаторной подстанции. Эти устройства характеризуются тем, что обеспечивают условия для безопасной работы обслуживающего персонала (защищают его от удара электрическим током). После знакомства с особенностями их обустройства и расчета ни у одного пользователя не должно остаться сомнений в том, для чего нужно заземление при эксплуатации электроустановок.

Альтернатива занулению

В подсистеме TN-S зануление защитного проводника PE осуществляется лишь на одном участке — на контуре заземления трансформаторной подстанции или электрогенератора. В этой точке разделяется PEN-проводник, и далее защита и рабочий ноль нигде не встречаются.

В такой схеме энергоснабжения заземление и зануление органично взаимодействуют, создавая условия для высокой электробезопасности. Однако в системах, где нейтраль изолирована (IT, TT), зануление не используется. Электрическое оборудование, работающее в рамках системы TT и IT, заземляется за счет собственных контуров. Так как система IT предполагает подачу питания только специфическим потребителям, рассматривать такой способ организации защиты в жилых домах не имеет смысла. Единственная альтернатива неправильному, а потому опасному занулению шины PE — система TT. Особенно актуальна такая система, потому что переход на технически прогрессивные системы TN-S, TN-C-S технически и финансово затруднен для домов, чей возраст превышает 20 – 25 лет.

Электрическая сеть, построенная по стандарту TT, призвана обеспечивать качественную защиту от попадания под напряжение нетоковедущих частей. Все работы по организации зануления должны осуществляться в соответствии с нормами, указанными в пункте 1.7.39 Правил установки электроустановок.

Основные способы устройства заземления

При устройстве заземляющей системы, в качестве заземлителя обычно используют вертикальные металлические пруты. Это связанно с тем, что горизонтальные электроды вследствие малой глубины залегания имеют повышенное электрическое сопротивление. В качестве вертикальных электродов практически всегда применяют стальные трубы, пруты, уголки и прочую металлопрокатную продукцию с длиной превышающую 1 метр и имеющую сравнительно небольшое поперечное сечение.

Схема заземления в частном доме

Существует два основных метода монтажа вертикальных заземляющих электродов.

Статья по теме:

Электричество способно не только создавать комфортные условия жизни, но и несет еще и определенную опасность. Для снижения вероятности возникновения этой опасности требуется заземление в частном доме своими руками 220В. Как его сделать — читайте в публикации.

Несколько коротких электродов

В данном варианте используется несколько стальных уголков или прутьев длиной 2-3 метра, которые соединяются вместе при помощи металлической полосы и сварки. Соединение выполняется у поверхности земли. Монтаж заземлителя происходит простым забиванием электрода в грунт при помощи кувалды. Подобный способ больше известен под названием «уголок и кувалда».

Использование арматуру в качестве заземлителя

Минимально разрешенное сечение заземляющих электродов приведено в ПУЭ, но чаще всего справленные и дополненные величины из технического циркуляра №11 «РусЭлектроМонтаж». В частности:

• для уголка и полосы из черной стали с сечением не менее 150 мм2 и толщиной стенок 5 мм;
• для стального прута с диаметром не менее 18 мм;
• для стальной трубы с толщиной стенок от 3,5 мм и диаметром не менее 32 мм.

Преимущества этого способа заключаются в простоте, дешевизне и доступности материалов и монтажа.

Одиночный электрод

В данном случае в качестве заземлителя используется электрод в виде стальной трубы (как правило, одиночный), который помещается в глубокое отверстие, пробуренное в грунте. Бурение грунта и установка электрода требует использования специальной техники.

Одиночный электрод заземления, монтируемый в пробуренную скважину

Увеличение площади контакта заземлителя с грунтом обеспечивается большей глубиной установки электрода. Более того данный способ более эффективный в сравнении с предыдущим вариантом, при одинаковой общей длине электродов, благодаря достижению глубинных слоев грунта, которые как правило имеют низкое удельное электрическое сопротивление.

К достоинствам данного способа относят высокую эффективность, компактность и сезонная «независимость», т.е. вследствие зимнего промерзания грунта удельное сопротивления заземлителя практически не изменяется.

Еще один способ – прокладка заземлителя в траншею. Однако такой вариант требует больших физических и материальных затрат (большее количество материала, копка траншеи и т.д.).

Для такого способа нужно много физических усилий

Разобравшись с тем, как работает и для чего нужно заземление стоит теперь второй вопрос нашей статьи, а именно что представляет собой зануление, для чего оно нужно и чем отличается от заземления.

Когда и где применяется заземление

Как уже говорилось, защитное заземление предназначается для устранения вероятности поражения людей электротоком в случае подачи напряжения на токопроводящие детали оборудования, то есть при замыкании на корпус. Защитным заземлением оснащаются металлические нетоковедущие элементы электроустановок, которые вследствие вероятного пробоя изоляции проводов могут оказаться под напряжением и нанести вред здоровью и жизни людей и животных в случае их непосредственного контакта с неисправным оборудованием.

Заземлению подлежат электросети и оборудование с напряжением до 1000 В, а именно:

• переменного тока;
• трехфазные с изолированной нейтралью;
• двухфазные, изолированные от земли;
• постоянного тока;
• источники тока с изолированной точкой обмотки.

Также заземление необходимо для электросетей и электроустановок постоянного и переменного тока с напряжением свыше 1000 В с любой нейтралью или средней точкой обмотки источника тока.

Чем отличается заземление от зануления

Сразу стоит сказать, что несмотря на то, что заземление и зануление являются защитными мерами, у них имеются различия по принципу действия и назначению. Заземление – более эффективный и надежный способ защиты, чем зануление, поскольку позволяет быстро уравнять разницу между потенциалами до необходимой величины. Также заземление имеет более простую конструкцию и проще в монтаже, и для его устройства нужно просто следовать инструкции. К тому же данная защитная схема не зависит от фазности подключенного оборудования. Варианты заземления разнообразны, и это позволяет выбрать определенный вид для каждого конкретного случая

Разница между заземлением и занулением

Защитное зануление это защитная мера, которая при неисправности сети просто обеспечивает мгновенное прекращение подачи напряжения от электросети посредством срабатывания УЗО. Для создания зануления и подключения оборудования требуется опыт и определенные знания в электротехнике. Все работы по монтажу, особенно определение точки зануления, необходимо выполнить правильно, иначе в аварийной ситуации возможно поражение электротоком.

Разобравшись, что такое заземление и зануление, многие предпочитают использовать оба метода. Однако, заземление является обязательным при устройстве бытовых и промышленных сетей, а также эксплуатации оборудования.

Чтобы лучше понять, в чем разница между заземлением и занулением, предлагаем посмотреть это видео: