Соединение заземления с рабочим нулем

Заземление

Предупреждение: статья носит чисто информативный характер и не является нормативным документом. При выполнении работ, связанных с электричеством, следует руководствоваться Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Определения

Заземление — это преднамеренное соединение нетоковедущих элементов оборудования, которые в результате пробоя изоляции могут оказаться под напряжением, с землёй. Заземление состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемое устройство с заземлителем.

Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы. Качество заземления определяется значением электрического сопротивления цепи заземления, которое можно снизить, увеличивая площадь контакта или проводимость среды — используя множество стержней, повышая содержание солей в земле и т.д. Как правило, электрическое сопротивление заземления нормируется.

Главный заземляющий зажим. Для сведения к минимуму электромагнитных помех и обеспечения электробезопасности заземление следует выполнять с минимальным количеством замкнутых контуров. Обеспечение этого условия возможно при выполнении так называемого главного заземляющего зажима (ГЗЗ), или шины. Главный заземляющий зажим должен быть расположен как можно ближе к входным кабелям питания и связи и соединен с заземлителем (заземлителями) проводником наименьшей длины.

Такое расположение ГЗЗ обеспечивает наилучшее выравнивание потенциалов и ограничивает наведенное напряжение от индустриальных помех, грозовых и коммутационных перенапряжений, приходящее извне по экранам кабелей связи, броне силовых кабелей, трубопроводам и антенным вводам. К ГЗЗ (шине) должны быть присоединены:

• заземляющие проводники;
• защитные проводники;
• проводники главной системы уравнивания потенциалов;
• проводники рабочего заземления (если оно необходимо).

С главным заземляющим зажимом (шиной) должны быть соединены заземлители защитного и рабочего (технологического, логического и т. п.) заземления, заземлители молниезащиты и др. Подробно правила и требования устройства ГЗЗ изложены в ПУЭ.

Открытая токопроводящая часть – доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции. К открытым проводящим частям относятся металлические корпуса электрооборудования.

Токоведущая часть – электропроводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением.

Косвенное прикосновение – электрический контакт людей и животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. То есть это прикосновение к металлическому корпусу электрооборудования при пробое изоляции на корпус.

Обозначения

Проводники защитного заземления во всех электроустановках, а также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе шины, должны иметь буквенное обозначение РЕ и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) желтого и зеленого цветов. Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах.[1]

Графические символы, используемые для обозначения проводников на схемах:

Буквенные обозначения системы заземления

Первая буква в обозначении системы заземления определяет характер заземления источника питания:

T – непосредственное соединения нейтрали источника питания с землёй;
I – все токоведущие части изолированы от земли.

Вторая буква определяет характер заземления открытых проводящих частей электроустановки здания:

T – непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с землёй, независимо от характера связи источника питания с землёй;
N – непосредственная связь открытых проводящих частей электроустановки здания с точкой заземления источника питания.

Буквы, следующие через чёрточку за N, определяют характер этой связи – функциональный способ устройства нулевого защитного и нулевого рабочего проводников:

S – функции нулевого защитного PE и нулевого рабочего N проводников обеспечиваются раздельными проводниками;
C – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечивается одним общим проводником PEN.

Ошибки в устройстве заземления

Неправильное разделение PEN-проводника
Крайне опасным является следующий способ «создания» PE-проводника: прямо в розетке определяется рабочий нулевой проводник и ставится перемычка между ним и PE-контактом розетки. Таким образом, PE-проводник нагрузки, подключенной к этой розетке, оказывается соединенным с рабочим нулем.

Опасность данной схемы в том, что на заземляющем контакте розетки, а, следовательно, и на корпусе подключенного прибора появится фазный потенциал, при выполнении любого из следующих условий:

Защитная функция заземления

Принцип защитного действия

Защитное действие заземления основано на двух принципах:

Таким образом, заземление наиболее эффективно только в комплексе с использованием УЗО. В этом случае при большинстве нарушений изоляции потенциал на заземленных предметах не превысит опасных величин. Более того, неисправный участок сети будет отключен в течение очень короткого времени (десятые-сотые доли секунды — время срабатывания УЗО).

Работа заземления при неисправностях электрооборудования

Типичный случай неисправности электрооборудования — попадание фазного напряжения на металлический корпус прибора вследствие нарушения изоляции[4]. Следует отметить, что современные электроприборы, имеющие импульсный источник вторичного электропитания, и снабжённые трёх-полюсной вилкой (такие как системный блок ПЭВМ), при отсутствии заземления имеют опасный потенциал на корпусе, даже когда они полностью исправны.[5]

В зависимости от того, какие защитные мероприятия реализованы, возможны следующие варианты:

Разновидности систем заземления

В России требования к заземлению и его устройство регламентируются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2 рассматривает следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.

Система TN
Нейтраль источника глухо заземлена, корпусы электрооборудования присоединены к нейтральному проводу. Режим TN может быть трех видов: TN-C, TN-S, TN-C-S.

Система TN-C
Система TN-C (фр. Terre-Neutre-Combine) предложена немецким концерном АЭГ (AEG, Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) в 1913 году. Рабочий ноль и PE-проводник (Protection Earth) в этой системе совмещены в один провод. Самым большим недостатком было образование линейного напряжения (в 1,732 раза выше фазного) на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля. Несмотря на это, на сегодняшний день можно встретить данную систему заземления в постройках стран бывшего СССР.

Система TN-S
На замену условно опасной системы TN-C в 1930-х была разработана система TN-S (фр. Terre-Neutre-Separe), рабочий и защитный ноль в которой разделялись прямо на подстанции, а заземлитель представлял собой довольно сложную конструкцию металлической арматуры. Таким образом, при обрыве рабочего нуля в середине линии, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Позже такая система заземления позволила разработать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные почувствовать незначительный ток. Их работа и по сей день основывается на законах Кирхгофа, согласно которым текущий по фазному проводу ток должен быть численно равным текущему по рабочему нулю току.

Также можно наблюдать систему TN-C-S, где разделение нулей происходит в середине линии, однако в случае обрыва нулевого провода до точки разделения корпуса окажутся под линейным напряжением, что будет представлять угрозу для жизни при касании.

Система TN-C-S
В системе TN-C-S трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с точкой заземления трансформаторной подстанции. Для обеспечения этой связи на участке трансформаторная подстанция – электроустановки здания применяется совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник (PEN), в основной части электрической цепи – отдельный нулевой защитный проводник (PE).

Система TT
В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

Система IT
Нейтраль источника изолирована или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, корпуса электрооборудования глухо заземлены. Система IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения.

ВЫВОДЫ

В качестве общих рекомендаций для выбора той или иной сети можно указать следующее:
1. Сети ТN-C и ТN-C-S не следует использовать из-за низкого уровня электро- и пожаробезопасности, а также возможности значительных электромагнитных возмущений.
2. Сети TN-S рекомендуются для статичных (не подверженных изменениям) установок, когда сеть проектируется «раз и навсегда».
3. Сети ТТ следует использовать для временных, расширяемых и изменяемых электроустановок.
4. Сети IT следует использовать в тех случаях, когда бесперебойность электроснабжения является крайне необходимой.

Возможны варианты, когда в одной и той же сети следует использовать два или три режима. Например, когда вся сеть получает питание по сети TN-S, а часть ее через разделительный трансформатор по сети IT.

Резюмируя изложенное выше, отметим, что ни один из способов заземления нейтрали и открытых проводящих частей не является универсальным. В каждом конкретном случае необходимо проводить экономическое сравнение и исходить из критериев: электробезопасности, пожаробезопасности, уровня бесперебойности электроснабжения, технологии производства, электромагнитной совместимости, наличия квалифицированного персонала, возможности последующего расширения и изменения сети.

ПРИМЕЧАНИЯ

[1] пункт 1.1.29 ПУЭ
[2] пункты 1.7.122 и 1.7.123 ПУЭ
[3] 1.7.135 ПУЭ
[4] При других типах неисправностей заземление менее эффективно, поэтому они здесь не рассматриваются
[5] В схеме импульсного источника вторичного электропитания присутствуют входные проходные или обычные конденсаторы, включенные как между питающими проводниками, так и (в случае наличия металлического корпуса и трёхполюсной вилки) между каждым питающим проводником и корпусом прибора, в этом случае они представляют делитель напряжения, сообщающий корпусу потенциал, примерно равный половине напряжения питания. Этот потенциал обычно присутствует, даже когда прибор выключен имеющимися у него средствами. В наличии потенциала на корпусе можно убедиться с помощью неонового пробника.

В статье использованы материалы из Википедии,
и сайта журнала «Новости Электротехники».

Защитное зануление. Работа и устройство. Применение и особенности

Во всем мире используется защита, основанная на соединении нетоковедущих проводящих частей оборудования с землей и заземленной нейтралью источника. В России эта система называется защитное зануление. Защитное действие этой системы основано на принципе достижения нулевого напряжения на корпусе прибора, за счет многократного заземления и соединения нетоковедущих частей с нейтралью источника.

Несмотря на ряд недостатков, зануление продолжает служить основным электрозащитным средством во всем мире. Открытые части установки соединяют отдельным нулевым защитным проводником.

Зануление – соединение металлических частей электрооборудования с нулевым защитным проводом. Зануление служит мерой защиты от случайного попадания под напряжение.

Защитное зануление рассчитано на случай короткого замыкания. Распределение нагрузки на предприятии осуществляется равномерно, нулевой провод исполняет функции защиты. Ноль соединяется с корпусом электродвигателя. Когда происходит короткое замыкание, то возникает напряжение на корпусе электродвигателя.

При этом происходит срабатывание автоматического выключателя. При применении заземляющей шины промышленные электроустановки соединяются.

Принцип действия

Замыкание случается при касании подключенного к напряжению фазного провода на корпус прибора, который соединен с нулем. Возникает большая сила тока, срабатывают аппараты защиты, отключающие питание неисправного прибора.

Время срабатывания защиты и отключения неисправной линии по правилам не должно быть более 0,4 секунды. Для зануления можно применить третью неиспользуемую жилу в кабеле для 1-фазной сети питания.

Фаза и ноль должны быть с небольшой величиной сопротивления. Только тогда аппарат защиты отключит напряжение в установленное время. Чтобы было хорошее зануление необходимо обеспечить качественные контакты соединений.

Защитное зануление дает возможность создать быстрое выключение от сети неисправного питания. Вероятность удара током человека практически исчезает. Зануление считается одним из видов заземления.

Порядок зануления

Зануление для защиты в доме начинается с нейтрали, соединенной с заземленной нейтралью трансформатора.

Нейтраль с 3-фазной линией приходит в здание дома в шкаф ввода. Далее, она разветвляется по щиткам на разных этажах. От нее используется рабочий ноль, образующий 1-фазное напряжение. Ноль имеет название рабочего, так как он применяется для работы.

Зануление для защиты создается отдельным нулем в щитке. Ноль соединен с заземленной нейтралью. Нужно знать, что в схеме соединения ноля с нейтралью не должно быть аппаратов коммутации (рубильников, автоматов).

Как известно в цепях трехфазного переменного напряжения обмотка трансформатора может соединяться в треугольник и в звезду. Рассмотрим звезду. Звезда имеет нулевую точку, или нейтраль. Это та точка, в которой сумма всех трех напряжений сети будет равна нулю.

При такой схеме трансформатора могут быть две возможные схемы. Схема с изолированной нейтралью показана на нашем рисунке. Такая схема обычно используется при работе трехфазных систем, а также однофазных систем, но используется именно изолированная нейтраль.

Нейтраль трансформатора соединяется с землей. Эта схема может быть использована не только для работы в трехфазной или однофазной системе, но также для защитного зануления.

Схема состоит из переменного источника напряжения 220 В, его датчика напряжения, нагрузки, сопротивления, которое в нормальном состоянии отключено. Но когда возникает пробой изоляции при выполнении неправильного монтажа, на корпусе появляется напряжение. Измерим напряжение на нагрузке относительно земли. Рассмотрим схему на базе однофазного источника напряжения.

Мы заземляем нулевую точку. Делаем имитацию пробоя изоляции на корпус. На корпусе установилось напряжение, которое будет равно напряжению источника. При таком состоянии если прикоснуться к корпусу, то человека ударит током. Как избежать этой ситуации? Все очень просто. Используют схему защитного зануления, а именно, корпус соединяют с глухозаземленной нейтралью трансформатора. Напряжение на корпусе становится равным нулю.

Почему опасно защитное зануление в квартире

Его используют для защиты людей и животных от поражения электрическим током, а также для срабатывания защитной аппаратуры в случае возникновения утечки тока на землю. Возникает вопрос: если мы используем глухозаземленную нейтраль, то можно соединить точку защитного заземления с нейтралью?

Этого делать нельзя. По правилам это запрещено. Если при выполнении монтажных работ будут перепутаны местами фаза и ноль, а мы поставим перемычку для соединения заземления с нейтралью, получим следующую неприятную ситуацию. При подключении устройства к сети, корпус оказывается под напряжением относительно земли. Как гласит ПУЭ использование нулевого рабочего проводника в качестве защитного зануления категорически запрещено.

Для защитного зануления отводится специальная шина, которая будет соединена с заземляющим устройством или с глухозаземленной нейтралью. Все заземляющие провода подключаются к этой шине параллельно. Поэтому, не нужно ставить перемычки. А перед тем, как реализовывать защитное заземление или зануление нужно ознакомиться с правилами.

Некоторые специалисты делают заземление приборов перемычкой клеммы ноля в розетке на контакт защиты. Такой способ запрещен .

На входе в квартиру устанавливают аппарат, служащий для подключения питания сети. Это может быть пакетный выключатель или автомат. Опасность самодельного заземления с помощью перемычки в том, что корпус устройства, подключенного к этой розетке, в случае повреждения изоляции нуля станет доступным напряжению фазы. А если оборвется провод нуля, то работа прибора прекратится. Возникнет ложная видимость провода, как обесточенного. Это опасно для жизни .

Такая розетка сделает много неприятностей, если в нее запитать стиральную машину. Если отгорит ноль, то стиральная машина может убить человека в случае прикосновения к ней.

Если человек принимает душ из электрического водонагревателя, а в это время нулевой провод в розетке отсоединится, то человека ударит током. Такое зануление очень опасно выполнять в квартире.

Применение зануления

Применяется в электроустановках до 1 кВ в:

• Сетях постоянного тока со средней точкой заземления.
• 1-фазных сетях с заземленным выводом.
• 3-фазных сетях с заземленным нулем.

Защитное зануление служит для защиты от удара током. Если внутри электроприбора повредилась изоляция и корпус прибора оказался под током, то отреагирует защита и отключит сеть питания.

Образование тока КЗ возникает, если произошло замыкание нулевого и фазного провода на зануленный корпус. Для скорейшего отключения устройства применяют автоматы, предохранители, магнитные пускатели с защитой от перегрева, контакторы с реле.

Зависимость схемы подключения заземления от контура заземления

Если у столба линии электропередач выполнено повторное заземление, то схема подключения заземления в загородном доме выполняется по системам TN-C-S или TT. Когда состояние сетей не вызывает опасений, в качестве заземляющего устройства дома следует использовать повторное заземление линии и подключать дом в соответствии с системой заземления TN-C-S. Если воздушная линия старая, либо качество выполнения повторных заземлений подлежит сомнению, лучше выбрать систему ТТ и оборудовать индивидуальное заземляющее устройство на придомовом участке.

Для заземляющего устройства в первую очередь следует использовать естественные заземлители — сторонние проводящие части, имеющие непосредственный контакт с грунтом (водопроводы, трубы скважин, металлические и железобетонные конструкции загородного дома и прочее). (см. п.1.7.54, 1.7.109 ПУЭ 7-го издания).

При отсутствии таковых, выполняем искусственное заземляющее устройство, используя вертикальные или горизонтальные электроды, которые вкапываем в землю. Выбор конфигурации заземлителя главным образом от требуемого сопротивления и особенностей придомового участка.

При отсутствии таковых, выполняем искусственное заземляющее устройство, используя вертикальные или горизонтальные электроды, которые вкапываем в землю. Выбор конфигурации заземлителя главным образом от требуемого сопротивления и особенностей придомового участка.

Наиболее эффективен в использовании, если на вашем участке почва представлена суглинком, торфом, насыщенным водой песком, обводненной глиной. Стандартная длина стержней составляет от 1,5‑х до 3‑х м. Выбирая длину вертикальных электродов, исходим из водонасыщенности вмещающих пород на участке. Заглубленные грунт вертикальные заземлители объединяются горизонтальным электродом, например, полосой, а для минимизации экранирования располагаются на расстоянии, соразмерном длине самих штырей.

Конструкцию заземляющего устройства рекомендуют располагать на расстоянии одного метра от фундамента строения (см. п. 1.7.94 ПУЭ 7-го издания).

Требования к заземлению и занулению

Главное требование – правильная реализация, которая обеспечит полную безопасность и защиту человека от поражения электрическим током в случае аварийных или нештатных ситуаций.

Основные требования к заземлению – отвод напряжения в слои почвы. Земля поглощает электрический ток, предотвращая нанесение урона человеческому здоровью.

Требования к занулению – отключение защитной автоматики, если произошло соприкосновение токонесущих элементов или оголенных проводов с поверхностями металлических корпусов электротехнических деталей и бытовой техники, где напряжения быть не должно.

Особенности разделения PEN проводника на вводе в частный дом

Для предотвращения воровства электроэнергии, представитель энергонадзора может потребовать, чтобы провод PEN был подключен непосредственно к счетчику и уже после него разделяться на линии проводника PE и рабочего N. В целом, такое подключение имеет право на жизнь, но правильнее всё-таки будет разделение выполнить до счётчика и опломбировать вводной автомат. В таком случае подключение будет надежнее, выполняются требования ПУЭ, а инспектора получают линию, защищенную от несанкционированного доступа.

Подробнее о PE и PEN проводниках в частном доме смотрите в этом видео:

Как итог, выполняя разделение PEN проводника достаточно знать и применять требования ПУЭ, которые дают исчерпывающие рекомендации по этому вопросу, независимо от места и способов подключения.

Сборка электрического щита учета с УЗО

подключение вводного кабеля СИП 4х16

В первую очередь подключаем все провода большого сечения. В нашем случае это Самонесущие Изолированные Провода (СИП). Всего четыре штуки. Все они алюминиевые, снаружи черная изоляция. Их маркировка выполнена в виде цветной непрерывной полосы.

Желтый, зеленый и красный проводники подключаем на верхние клеммы вводного АВ – это три фазы. PEN – с голубой полосой, в нулевую клемму счетчика электрической энергии.

Обычно это две крайние справа. Можно подключить к любой из них, они внутри соединены.

Зеземления

Далее подключаем к распределительному блоку проводники заземления. В первую очередь, как самый большой, от смонтированного на участке контура. Тудаже заземление токопроводящего корпуса щитка, которое монтируется под специальный болт.

Именно такая схема подключения N и PE отличает систему ТТ от других.

В системе TN-C-S, схему щита учета с УЗО, которой мы уже рассматривали ЗДЕСЬ, всё сделано иначе. Там наоборот, и PEN проводник и контур заземления дома объединены в распределительном блоке. И только после него делятся.

Здесь же вводной СИП с голубой полосой – PEN, по сути является рабочим нулём «N» всей электроустановки. Защитный ноль, он же заземление «PE», берется от смонтированного у во дворе контура.

Подключение бытовых устройств к заземлению

Если ваше устройство имеет три клеммы подключения (фаза, нейтраль, заземление) как показано ниже:

Но в вашей квартире или доме отсутствует заземляющий проводник, то совмещение функций нулевого рабочего и защитного проводников ЗАПРЕЩЕНЫ ПУЭ пунктом 1.7.132., то есть запрещено ставить перемычку между нулем и заземлителем:

Это обусловлено тем, что при потере соединения точки 2 с защитным нулем PEN корпус устройства окажется под потенциалом сети, а также если в случае выполнения каких-то ремонтных работ фаза и ноль будут перепутаны местами – то вы получаете гарантированное напряжение на корпусе вашего прибора, что делает его опасным для окружающих.

Провод защитного заземления имеет желто-зеленую изоляцию:

Поэтому если возникает необходимость подключить защитное заземление для однофазной цепи, то необходимо иметь отдельный защитный проводник. Если у вас его нет, то не стоит экспериментировать, а лучше позвать профессионального электрика, который сможет правильно подключить ваше электрооборудование.