Особенности организации защитного зануления

Устройство защитного отключения

Для повышения безопасности при эксплуатации эл. приборов используют и так называемое устройство защитного отключения, сокращенно — УЗО. Совместно с заземлением УЗО дают 100% гарантии защиты человека от поражения электрическим током.

Давайте разберём принцип действия УЗО, для чего представим электропроводку как водопроводную систему. Вода течёт по трубам, как и ток – по проводам. И если вдруг в трубе образовалось отверстие, вода начинает уходить, а её количество на выходе участка будет меньше, чем на входе. УЗО и контролирует подобную утечку, но не воды, а электричества.

Если корпус прибора под напряжением, но утечки нет – УЗО не реагирует. Но как только корпуса касается человек – появляется путь для утечки тока, «дыра» – УЗО за доли секунды размыкает цепь.

Понятие заземления

Прежде чем дать ответ на вопрос, чем отличается заземление от зануления, рассмотрим каждое понятие отдельно. Заземление – это специальное соединение электроустановок с землей. Цель этого соединения является снижение резкого скачка напряжения в электрической сети. Оно используется в той цепи, где нейтраль будет изолирована. Когда будет установлено подходящее заземляющее оборудование, то избыточный ток, который поступает в сеть, будет уходить в землю по отводящим контактам. Сопротивление этой части должно быть относительно низким, чтобы ток был поглощен без остатка.

Также функция защитного заземления электроустановок позволяет увеличить объем аварийного тока замыкания, несмотря на то, что это противоречит его назначению. Заземлитель с большим сопротивлением слабый ток замыкания может не воспринять, только со специальными защитными приборами. В таком случае, когда будет аварийная ситуация, установка будет под напряжением, что может представлять большую опасность для здоровья человека в этом помещении. Назначение защитных электроустановок также рассчитано на отведение блуждающего тока в электрической сети.

Заземлитель является особым проводником, который может состоять из одного или нескольких элементов. Обычно они соединены между собой электропроводящим материалом и заключены в землю, которая поглощает проходящий заряд. В качестве заземляющих проводников может использоваться сталь и медь. По нормам ПУЭ данная мера защиты в обязательном порядке должна делаться в современных жилых домах, а также рабочих помещениях, заводах, в общественных заведениях и других зданиях различного назначения.

В большинстве домов современного образца установлены схемы заземления. Однако их может не быть в старых зданиях. В такой ситуации специалисты рекомендуют заменить проводку трехжильным кабелем с заземляющим проводом, подключив защитную электроустановку. Бывают ситуации, когда нет возможности сделать монтаж полноценного заземляющего контура. В современной электротехнике может использоваться специальное портативное оборудование – переносной заземляющий штырь (шина). Их действие соответствует стандартному заземляющему устройству жилых домов или отводов. Такое устройство имеет хорошее практическое значение, легко подвергается монтажу и переноске, починке, а также имеет широкий функционал.

Функцию заземления могут выполнять несколько самостоятельных групп защитного оборудования. Грозозащитные. Они служат для того, чтобы быстро отводить импульсный высокий заряд от молнии. Зачастую их применение необходимо в разрядниках и современных молниеотводах. Рабочие. Такая группа позволяет поддерживать в нужном режиме работу всех электроустановок при разных условиях (нормальные и аварийные).

Защитные. Данная группа оборудования нужна для предотвращения прямого контакта людей и животных с электрическим зарядом, который возникает в результате механического повреждения фазы в проводе. Они позволяют предотвратить множество несчастных случаев, которые могли бы быть, если проблемы с силовой линией не были замечены своевременно.

Заземлители условно разделены на искусственные и естественные. Искусственные электроустановки представляют собой специальные конструкции, которые делаю специально для того, чтобы увести избыточный ток сети в землю, обеспечив защиту своему дому. Их могут производить на заводе или делаться самостоятельно, используя стальные элементы.
Естественными заземлителями является грунт, фундамент под зданием или же дерево возле дома.

Отсутствует заземление, что делать

В случае, если дом старый, а электропроводка не модернизирована, то в электрической схеме такого здания отсутствует канал заземления. В такой ситуации нет возможности создания защиты металлических поверхностей приборов от электрического тока. Однако в данном случае все таки присутствует метод защиты электрических цепей при аварийных ситуациях, таких как короткое замыкание, он называется ЗАНУЛЕНИЕ.

В чем отличия? Если при защитном заземлении происходит защита металлических поверхностей и отвод тока в землю через общую шину, то при занулении канал «земля» какого-либо прибора или розетки осуществляется соединение этого канала с нулем (нулевым проводником электропроводки).

Основное отличие заключается в том, что в схеме с занулением при возникновении аварийной ситуации происходит отключение прибора, поверхности которого оказались под напряжением из-за «пробоя» изоляции, от электросети. Так, зануление не защищает полностью от поражения электрическим током, но минимизирует воздействие на человека за счет моментального отключения электричества.

Если в условиях многоквартирного дома отсутствует возможность установки заземления из-за использования проводки типа TN-C, то стоит использовать метод зануления. Если же присутствует возможность прокладки новой современной проводки, например, в частном доме, то необходимо проводить работы по созданию защитного контура заземления.

Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов

На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.

Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.

https://youtube.com/watch?v=UU4RLuuVd4E

Выполняются расчеты на основании таких данных:

1. Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
2. Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
3. Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
4. Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
5. Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
6. Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
7. Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
8. При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.

Принципы и цель

Защитное заземление и зануление являются важными аспектами в области электротехники. Они имеют свои принципы, которые необходимо соблюдать для обеспечения безопасности электроустановок и предотвращения возможных аварий и поражений электрическим током.

Основной принцип защитного заземления заключается в соединении металлических частей электроустановки с заземляющими устройствами, такими как заземляющие электроды или заземляющие провода. Это позволяет создать низкое сопротивление между электроустановкой и землей, что в свою очередь позволяет эффективно отводить электрический ток в случае возникновения непредвиденной нагрузки или короткого замыкания.

Целью защитного заземления является предотвращение возникновения опасных потенциалов на металлических частях электроустановки и обеспечение безопасных условий для работников и оборудования.

Защитное заземление необходимо для:

• Предотвращения поражения электрическим током людей и животных;
• Защиты оборудования от повреждений и выхода из строя;
• Уменьшения электромагнитных помех и шумов в электрических цепях;
• Снижения вероятности возникновения пожара;
• Обеспечения соответствия требованиям безопасности при взаимодействии с другими электроустановками или заземленными объектами.

Одним из ключевых элементов защитного заземления является заземляющий электрод, который должен иметь достаточную эффективность для обеспечения низкого сопротивления заземления. Заземляющие электроды могут быть выполнены в виде вертикальных и горизонтальных заземлителей, заземляющих колец, электропроводных и металлических конструкций, а также натурных заземлителей.

Применение защитного заземления и зануления обязательно во всех электрических установках, в том числе домашних, промышленных и общественных, а также на строительных объектах. Ответственность за правильную реализацию защитного заземления лежит на специалистах в области электротехники, которые должны соблюдать соответствующие нормы и правила.

Зануление

Зануление – это процесс создания нулевого потенциала в электрической системе, чтобы предотвратить появление разности потенциалов между отдельными элементами. Оно выполняет несколько важных функций:

• Безопасность: Зануление предотвращает возникновение опасных разностей потенциалов, которые могут привести к поражению электрическим током. Путем создания нулевого потенциала, зануление обеспечивает безопасность для людей, работающих с электроустановками.
• Предотвращение помех: Зануление также помогает предотвратить появление помех и электрических наводок. Оно создает путь для слива электрических наводок в землю, что позволяет сохранить качество сигнала и работоспособность электрических устройств.
• Защита оборудования: Зануление способствует защите электрического оборудования от повреждений. Оно обеспечивает путь для отвода тока короткого замыкания или неисправности в землю, что помогает предотвратить перегрузки и повреждения электрических компонентов.

Для создания заземления используются специальные заземляющие устройства, которые подключаются к земле. Эти устройства имеют проводящие элементы, такие как заземляющие электроды или заземляющая решетка, которые обеспечивают надежное соединение с землей.

Важно отметить, что зануление следует выполнять согласно нормам и правилам безопасности, чтобы обеспечить надежную защиту от разностей потенциалов и электрических ударов

Требования к защитному заземлению

Защитное заземление – это наиболее жесткое устройство, чем зануление цепи. Здесь предусмотрена прокладка отдельной шины, довольно небольшого уровня сопротивления, которая идет к системе заземлителей, забитых в землю в виде треугольника.

Расчет защитного заземления, требует знания множества формул и наличия множества исходных данных. Поэтому принято для жилого фонда применять типовые проекты контура заземления для каждого региона.

Установка зануления предусматривает прокладку шины нейтрали или любого другого способа отвода тока в однофазной цепи. При этом, значения сопротивлений каждого проводника зануления до подстанции или питающего трансформатора, складываясь, образуют значение сопротивления защитного устройства.

Эта величина может изменяться, но требования к защитному заземлению и занулению, предусматриваю общее значение максимально возможного уровня сопротивления цепи.

Бытовое заземление

Как правило, системы электроснабжения, должны иметь сопротивление защитного заземления, должно быть от 4 Ом, до 30 Ом. Для обустройства, как правило, применяют стальные уголки и полоса шириной 40 мм. Предусматривают использование медной шины, достаточного сечения, согласно ГОСТу. Это обязательное требование.

При использовании защитного проводника с медным проводом 0,5 мм2 нам не хватит и 100 метров провода для достижения критического значения. Наиболее строгие требования предъявляются при обслуживании участков:

1. Установки, с напряжением цепи до 1000. В, оснащаются устройством, сопротивление которого, не должно превышать 0,5 Ома. Значение заземленного контура измеряют при помощи специального измерительного прибора – измерителем сопротивления. Это измерение проводится двумя дополнительными заземлителями. Разведя их на определенное расстояние, выполняем замер, затем сдвигая электрод, проводим несколько замеров. Самый худший результат принимается за номинальное значение.
2. Для обслуживания цепи трансформатора, других источников питания, при величинах напряжения от 220 В до 660 В – величина сопротивления заземления должна быть от 2 Ом до 8 Ом.

Производственное защитное заземление

Использование дополнительных мер для выравнивания величин потенциала – это основная «обязанность» применения защитного обустройства производственных мощностей. Для достижения надежной защиты, все металлические детали конструкций и устройств, а коммуникационные трубопроводы подсоединяются на заземляющий проводник.

В жилых помещениях, так следует оборудовать ванные комнаты и стальной водопровод, канализацию, и трубы отопления. В наше время пускай и редко, но они встречаются. На промышленных объектах заземляют:

• приводы электрических машин;
• корпуса каждой электроустановки, находящейся в помещении;
• коммуникации металлических труб, металлоконструкции;
• защитные оплетки электрокабелей , с напряжением постоянного тока до 120 В;
• электрощитовые, различные корпуса системы электропроводки.

Детали, не требующие защиты:

• металлические корпуса приборов и оборудования, установленных на стальной платформе, главное – обеспечение надежного контакта между ними;
• разнообразные участки с металлической арматурой, установленная на деревянных конструкциях, исключение составляют объекты, где защита распространяется и на эти объекты;
• корпуса электрооборудования, имеющие 2, 3 классы безопасности;
• при вводе в здание электропроводки, с напряжением не выше 25 В, и прохода их сквозь стену из диэлектриков.

В заключение необходимо отметить.

После монтажа каждого из видов защиты, необходимо выполнить проверку величины сопротивления защиты. После этого составляется акт проверки. Замеры, проводят летом и зимой, в это время грунт имеет наибольшее сопротивление.

Проверку жилого фонда рекомендуется проводить раз в год. Помните о необходимости оснащения щитовой автоматами размыкателями цепи и защитным устройством от утечек тока.

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.

Как просто представить работу заземления в бытовой проводке

Опасность электрической энергии очень хорошо помогает понять принцип работы мышеловки: проголодавшаяся мышка выходит из норки, а перед ней на специальной подставочке лежит аппетитная корочка хлеба, да еще сдобренная капелькой ароматного масла.

Подходит зверек к предложенному угощению, чуть-чуть дотрагивается до него, а скрытая сила мощной пружины моментально бьет по мышке металлической рамкой… Точно так, совершенно неожиданно, человек получает травмы от электричества.

Электрический ток всегда протекает только внутри замкнутой цепи под действием приложенного напряжения. Он направлен от потенциала большей величины к меньшему. Когда же эта цепочка разорвана, то тока нет, а риск попасть под его действие огромный.

В наших жилищах существует довольно много факторов, когда опасный потенциал, например, фазы может проникнуть на токопроводящие конструкции (корпус бытового прибора), и остаться на них потому, что дальнейшая цепь изолирована диэлектрическим слоем.

Этим свойством пользуются «шутники», не до конца представляющие последствия своих действий.

Стоит только создать контакт высокого потенциала с землей, как через нее (почва обладают высокой проводимостью) сразу протекает ток, отводящий эту энергию. Если на его пути оказывается живое существо, то судьба его не завидна.

Поэтому все токопроводящие корпуса современных бытовых приборов специально (преднамеренно) соединяют через заземляющие устройства (ЗУ). Этим достигается моментальное стекание опасного заряда через выделенный контур земли в сети с глухозаземленной нейтралью.

По цепочке РЕ проводника создается надежный электрический контакт через землю с источником напряжения главного распределительного щита (ГРЩ) на питающей подстанции.

При соединении потенциалов фазы, оказавшейся на корпусе, и земли возникает ток короткого замыкания. Его должен отключить автоматический выключатель SQ, подобранный по местным условиям.

Этот процесс называется защитным отключением. Он подробно изложен в главе 1.7 ПУЭ.

Схема заземления с глухозаземленной нейтралью используется в нашей стране на подстанциях 0,4 кВ с трехфазными генераторами. Их обмотки собраны по схеме «звезда» с общей точкой, выведенной на заземляющее устройство.

Аналогичным образом подключены потребители. За счет такого соединения обеспечивается равенство потенциалов земли и нейтрального провода.

Заземление создается заранее. Его назначение — защита людей и электротехнических устройств от воздействия опасного электрического тока.

Кроме защитной функции оно может выполнять еще и технологические задачи, связанные с нормальной работой электротехнического оборудования.

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.

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.

Что такое заземление и для чего она нужна?

Под заземлением подразумевают металлическую конструкцию, предназначенную для снижения степени напряжения до неопасных для человека параметров. Важнейшей особенностью монтажа является установка системы в местах, обеспечивающих надежную изоляцию нейтрального провода.

Помимо этого, наличие заземления позволяет существенно увеличивать аварийный ток. Необходимость повышения этого параметра связана с тем, что при повышенном сопротивлении заземляющего контура, несмотря на критическое состояние электроприборов тока замыкания в некоторых случаях недостаточно для срабатывания защитных механизмов при этом опасность получения электротравмы сохраняется.

Принципиально, заземляющий контур является системой из нескольких проводников, обеспечивающих соединение токопроводящих элементов оборудования с грунтом. По назначению эти системы можно разделить на три основных типа:

1. Рабочий тип разработан для обеспечения работоспособности оборудования, как в обычных условиях, так и в условиях непредвиденных ситуаций;
2. Защитный тип обеспечивает защиту обслуживающего персонала в случае пробоя токоведущих элементов на корпус;
3. Грозозащитный тип обеспечивает отвод в землю атмосферных электрических разрядов.

Помимо этого, различают искусственное и естественное заземление и зануление. Разница в том что искусственное представляет собой специально изготовленную металлическую рамку. К естественным, можно отнести металлические конструкции, изготовленные для других целей и используемые в качестве заземления.

Отличия заземления и зануления

Нередко пользователи задаются вопросом, а можно ли делать зануление вместо заземления, и как это отразится на безопасности потребителя. Отвечая на все подобные вопросы, следует исходить из определения, данного этому виду защиты в предыдущем разделе. Из него следует, что функционально зануление более эффективно, поскольку в короткий промежуток времени до срабатывания станционной автоматики оно выполняет ту же функцию, что и обычное ЗУ.

Однако это не означает, что данный вид защиты должен применяться всегда и повсеместно. Дело в том, что у зануления имеется целый ряд недостатков, являющихся следствием особенностей его организации. Они проявляются в следующем:

Нулевой провод систем энергоснабжения имеет большую протяжённость и постоянно используется в активном режиме (как проводник, по которому протекает рабочий ток), вследствие чего со временем он может разрушиться;

Дополнительная информация. Указанное явление в технической литературе, а также в среде специалистов чаще всего упоминается как «отгорание нуля» (смотрите фото ниже).

Разрушение нуля

• В отличие от заземления, при обустройстве которого нет зависимости от фазы защищаемой линии, при занулении должны соблюдаться определенные условия подсоединения защитного проводника;
• По своим возможностям оно ограничено, поскольку может использоваться только в цепях с наглухо заземлённой нейтралью в сетях TN-C-S, TN-C, TN-S (при наличии N, PE, PEN проводников).

В линиях, где подключение организовано по схеме с изолированной нейтралью (в системах IT и ТТ), по своему назначению более подходящих для промышленных объектов, оно работать не сможет.

Также эти два вида преднамеренной защиты отличаются и по области своего применения, а именно:

• Зануление обычно применяется в многоэтажных жилых домах, где практически невозможно организовать полноценное заземление;
• Повторное заземление более часто используется на промышленных предприятиях, где согласно ТБ к безопасности персонала предъявляются повышенные требования;
• Этот же тип защиты чаще всего применяется в быту (в загородных домах, в частности), где возможностей для обустройства защитного контура имеется предостаточно (смотрите фото ниже).

Защитное заземление в частном доме

Следует добавить, что защитное заземление и зануление отличаются ещё одним важным фактором. Дело в том, что в первом случае защита распространяется только на участок электрической цепи, на котором в аварийном режиме (при пробое изоляции) за счёт стекания тока в землю понизилось рабочее напряжение. При этом вся остальная часть снабжающей электричеством системы продолжает функционировать.

В отличие от действия заземляющего эффекта, при занулении данный участок линии электропитания отключается полностью.

Так что пытаться ответить на вопрос, в чём состоит их различие, будет не совсем корректно. Гораздо правильнее говорить о том, что заземление и зануление электроустановок должны использоваться совместно. Такое комбинированное их применение обеспечит более эффективную защиту от поражения током.

Подводя итог их сравнению, отметим, что принцип зануления состоит в превращении аварийной ситуации в однофазное замыкание, приводящее к срабатыванию станционной защитной автоматики. Заземление же, с одной стороны, представляет собой снижение потенциала опасной точки (уменьшение сопротивления заземлителя), а с другой – их выравнивание.

Оно в данном случае заключается в поднятии потенциала опоры со стоящим на ней человеком до уровня напряжения на заземлённом корпусе.