post


Еще открывшие первые электрические явления древние греки на себе испытали их действие: натертый шерстью янтарь искрил в темноте, и слегка покалывал пальцы при касании. Когда же в XVIII в. наука всерьез занялась изучением этого явления, появились и первые жертвы: друг Ломоносова Рихман погиб при изучении грозовых разрядов.
Польза электрической энергии для человечества бесценна, и это никем не оспаривается. Однако, существующие способы экономичной ее передачи к пользователям требуют применения опасных для жизни высоких напряжений. Поэтому, вопросы безопасности при практической эксплуатации электроприборов и установок, встали уже при появлении первых электрических сетей, и в дальнейшем их актуальность только увеличилась.

Содержание статьи:

Вопросы безопасности в электрических сетях

С  развитием практической электроэнергетики, стандарты обеспечения безопасности в электросетях постоянно изменялись и совершенствовались. Этот процесс продолжается и теперь.

В чем опасность электрического тока?

Многие неискушенные обыватели ошибочно полагают, что опасность несет в себе напряжение: чем оно выше, тем опаснее. Это верно только отчасти. На самом деле, угрозу для здоровья и даже жизни человека представляет величина не напряжения, а проходящего через его тело тока.  А сила тока, в свою очередь, зависит как от напряжения в сети, так и от сопротивления тела человека. Значение этого сопротивления очень изменчиво не только у разных людей, но и у одного человека, и зависит от множества условий:

  • рода тока: постоянный или переменный;
  • частоты переменного тока;
  • состояния кожи;
  • места контакта с проводником;
  • длительности прикосновения;
  • физиологического или психологического состояния:
    • возраста;
    • пола;
    • состояния организма: сон, болезнь, переутомление, опьянение и т. д.;
    • реакции на внешние раздражители
  • условий окружающей среды:  температура, влажность, атмосферное давление и др.

В зависимости от всех этих факторов, сопротивление тела может находиться в пределах 0,5~100 kOm. При расчетах электробезопасности, обычно принимают минимально‑усредненную величину этого сопротивления равной 1 kOm.

Шкала значений опасности для человека электрического тока промышленной частоты 50 Hz более определённа:

  • Менее 1 mA — безопасно.
  • 10~15 mA — заметные болевые ощущения.
  • 20~25 mA — паралич мышц рук: невозможность оторваться от контакта с проводом.
  • Свыше 50 mA — паралич дыхания.
  • 90~100 mA — паралич сердечной мышцы.

Таким образом, уже напряжение:
50 mA * 1000 Om = 50 V
может представлять при неблагоприятных условиях смертельную опасность.

Когда возникает угроза поражения электротоком?

  • Любое умышленное или случайное прикосновение к открытым токоведущим частям электроустановок и устройств.
  • Нарушение изоляции электрических кабелей (статья "Кабель силовой не распространяющий горение").
  • Аварийный пробой изоляции электроприборов на металлический корпус.
  • Пробой сетевого напряжения на выход низковольтных источников питания, зарядных устройств и др.

Меры защиты

Основные методы обеспечения электробезопасности в сетях:

  • Изоляция.
  • Защитное заземление.
  • Защитное отключение.
  • Ограждение и размещение на большой высоте для ограничения доступности; предупредительные и запрещающие знаки, таблички и плакаты.

При выполнении работ под напряжением существуют и дополнительные средства коллективной и индивидуальной защиты: изолирующие коврики, перчатки, одежда и др.
Большинство этих мер направлено на предохранение от непосредственного прикосновения к токоведущим проводникам или поверхностям электрооборудования. И только заземление обеспечивает защиту, если такое прикосновение произошло.

Заземление

zazemlenie

Самым первым применением защитного заземления в истории стало появление и повсеместное распространение в XVIII в. всем известных громоотводов. А уже в конце XIX в. заземление стали использовать при прокладке первых электрических сетей от электростанций к пользователям, для установки в одном из проводов некоторого опорного, «нулевого», уровня потенциала.

Эта мера позволила обезопасить линии электропередачи от появления неконтролируемого напряжения вследствие накопления статического, либо атмосферного электричества, а также защитить персонал и потребителей от довольно часто возникавших в то время пробоев на металлические корпуса оборудования. Особенно актуальным это стало при появлении генераторов и сетей переменного тока: однофазного, а в дальнейшем, и трехфазного.

Заземление в сетях переменного тока

Наибольшее распространение для доставки электроэнергии на большие расстояния получил метод трехфазной генерации и передачи, который дает максимальный КПД всей цепочки при наименьших материалозатратах. Он был разработан гениальным сербским ученым Н.Теслой, а затем усовершенствован русским инженером М. О. Доливо‑Добровольским, предложившим вместо шестипроводной системы электропередачи четырехпроводную. Для этого три обмотки генератора соединяются с одной стороны своими выводами в общую точку, а со свободных их концов снимаются выходные напряжения в линию.

Такое подключение, называемое «звездой», позволило зафиксировать напряжения, снимаемые со всех обмоток, относительно нейтрального «нулевого» провода, что, в свою очередь, дало возможность применения в таких сетях трехфазных трансформаторов для повышения и понижения напряжения, позволяюших значительно снизить потери при передаче на сопротивлении проводов, а значит, весомо уменьшить как их диаметр, так и расход дорогостоящих материалов.

В современных линиях электропередач обычно используются напряжения:

  • 110 kV и выше — магистральные системы для доставки на расстояния в сотни км;
  • 6~35 kV — для промежуточных распределительных подстанций;
  • менее 1 kV — для поквартальной внутригородской разводки.

На всех участках преобразования напряжения повышающие и понижающие трансформаторы преобразуют фазные напряжения (статья "Две фазы в розетке") относительно общей нейтральной точки. При правильно выстроенном «балансе фаз» в такой системе, ток по общему нейтральному проводу будет теоретически стремиться к нулю, а практически будет значительно меньшим, чем в фазных проводах.

Эта особенность дает возможность еще более снизить диаметр нулевого проводника относительно остальных. Для фиксации  потенциала этого провода и исключения появления паразитных наведенных ЭДС и токов в нем из‑за большой длины, применяется его заземление как на стороне генератора, так и на стороне потребителя, а также во всех промежуточных точках преобразования. Такой метод называется «глухим заземлением нейтрали».

Как оказалось, благодаря выравниванию потенциалов, такой метод предоставляет еще и возможность защиты персонала и потребителей электроэнергии от пробоев напряжения на корпус оборудования при прикосновении к ним.

Защитное заземление

Практика показывает, что такие аварийные ситуации являются наиболее частыми в эксплуатации электрооборудования. При этом, фазное напряжение, непредвиденно оказавшееся на металлическом корпусе прибора, замыкается от точки прикосновения через все тело пострадавшего и ноги на землю, т. е. зона поражения оказывается наибольшей. Если же корпус прибора заземлен, то контур прохождения тока замыкается через металлический корпус по пути наименьшего сопротивления, минуя тело человека.

Такой метод защиты считается сегодня наиболее перспективным, и должен использоваться совместно с современными и эффективными средствами и устройствами защитного отключения во всех вновь разрабатываемых электросетях.

Для обеспечения возможности защитного заземления электроприборов, современные распределительные однофазные сети конечного потребителя должны состоять из трех проводников:

    • L — линейный, или фазный.
    • N — нулевой, или нейтральный.
    • PE — защитный заземляющий.

В трехфазной проводке вместо одного фазного проводника используются три: L1, L2, L3.

shema1

Однако, ввиду относительной дороговизны такого способа организации проводки у конечного потребителя при строительстве зданий и прокладке коммуникаций, еще совсем недавно стандарты электросетей предполагали двужильные внутренние сети в жилых домах, квартирах и офисах. Чтобы приблизить устаревшую разводку (статья "Детектор скрытой проводки своими руками") по возможностям защиты к современным стандартам безопасности, применяется метод защитного «зануления».

Зануление

zazemlit

Строго говоря, зануление, как средство защиты электроустановок и людей известно достаточно давно: раньше оно повсеместно применялось для промышленного оборудования. Тем не менее, в бытовом применении, среди обывателей существует огромная путаница: что называть занулением, и как правильно его подключить без риска для жизни?

 

В чем отличие зануления от заземления?

shema4

При общем рассмотрении, казалось бы, отличий нет. Ведь нейтральный провод все равно заземлен на стороне понижающего трансформатора распределительной электроподстанции. На практике же, из‑за большой длины нулевого проводника, а вследствие этого, достаточно высокого его сопротивления, возникающее на нем падение напряжения от точки прикосновения до места заземления может быть довольно высоким, создавая опасность для жизни.

На промышленных предприятиях с мощными электроустановками, подводящие провода к которым имеют большие диаметры, и значит, малые сопротивления, а трансформаторные подстанции расположены либо поблизости, либо вообще на территории, вопрос падения напряжения в проводах не так актуален.

shema2

В гражданском же строительстве, особенно, многоквартирных домов с широко разветвленными распределительными сетями, эта проблема стоит достаточно остро. Поэтому, при применении этого метода, следует учитывать его особенности и отличия от защитного заземления:

  • Общий проводник нейтрали‑заземления обозначается в таком случае PEN.
  • При пробое фазного напряжения на «зануленный» корпус происходит короткое замыкание в цепи, и основным способом защиты служит срабатывание предохранителя, разрывающего цепь.
    Следовательно, при использовании защитного зануления, необходимо использовать надежные и быстросрабатывающие предохранители и устройства защитного отключения.
  • Если к какому‑то устройству в такой сети, например, тюнеру или ресиверу требуется подключение заземления, то оно все равно должно сочетаться с занулением, иначе при аварийном пробое, на корпусе прибора окажется примерно половинное фазное напряжение.

    Надо сказать, что в этом случае следует точно рассчитывать токи срабатывания устройств защитного отключения (статья "Почему выбивает УЗО?"). Например, нормативное значение сопротивления контура защитного заземления принимается равным 4 Om. При этом, ток короткого замыкания через заземлители трансформатора и защищаемого устройства будет равен:
    220 V / (4 Om + 4 Om) = 27,5 A.
    Если автомат защиты (статья "Как выбрать автоматический выключатель") рассчитан на больший ток, то отключения не произойдет, и установка останется под напряжением.

shema3

Для использования метода защитного зануления в домах старого жилого фонда используется переходный способ «принудительного расщепления нулевого провода»:

  • Для внутриквартирной разводки используется трехпроводная схема, эквивалентная сети с защитным заземлением. L‑N‑PE.
  • Разделение проводника PEN на PE и N производится в силовом щите, в котором устанавливается отдельная шина для «псевдозаземления», соединенная с нейтралью входящего кабеля.

peremicska

Итак, можно сделать основной вывод об отличиях защитного заземления и зануления:

  • Заземление действует при аварийных ситуациях способом уравнивания потенциалов.
  • Зануление обеспечивает защиту принудительным отключением опасного напряжения.

Как нельзя выполнять заземление и зануление

Две основных ошибки, которые производят самодеятельные «электрики» при выполнении мер по заземлению электрооборудования:

  • Соединение корпусов электроприборов с водопроводными и отопительными трубами.
  • Соединение перемычкой защитной клеммы с нулевым проводом непосредственно в «евророзетке».

trubi

В первом случае, когда возникает пробой на корпус прибора, подключенная к нему трубопроводная система может находиться в разъединенном для ремонта состоянии, либо за это время в нее могут быть вставлены участки из пластиковых ПВХ‑труб. А отопительные трубопроводы прокладываются в земле с толстым слоем теплоизолятора и не могут служить заземлителями. И таким вот способом подключения горе‑электрик подвергает опасности не только свою жизнь, но и соседей по многоэтажке.

При «занулении» непосредственно в розетке возникают другие опасности:

gnezdo

  • «Отгорание» нулевого провода или потеря контакта с ним исключают возможность срабатывания защитных предохранителей, и корпус электроприбора остается под напряжением.
  • При выполнении ремонтных работ в распределительных коробках, электрик, не знающий о таком «занулении» может перекоммутировать фазный и нулевой провода, и напряжение сразу же поступит на корпус.
  • Коммутация защитных проводников строжайше запрещена Правилами эксплуатации электроустановок, а при таком подключении «зануление» может быть разорвано пакетником на электрощите.

В предложенной статье преднамеренно не было рассказано о режимах использования нулевого провода в электросетях: TN‑C, TN‑S, TN‑C‑S; о сетях с изолированной нейтралью, а также о других, редко используемых. Для практического применения эти знания не имеют существенного смысла, а интересующиеся могут обратиться к справочной и учебной литературе, в первую очередь, к «Правилам устройства электроустановок», где даны все определения. Кстати, в последней, 7‑й их редакции сделаны значительные изменения во многих вопросах правил эксплуатации и электрозащиты.

А так же вы можете найти нас в соц-сетях:

5 thoughts on “Заземление или зануление

  1. Хотел бы немного дополнить вашу фразу о безопасности. Совершенно верно, что существует миф об убийственной силе напряжения, но однозначно говорить о смертельной силе тока тоже не совсем верно. Нам еще на первом курсе всегда твердили: убивает мощность, а именно напряжение держит, ток — убивает. Еще со школы известна формула P=U*I — наверное не стоит в реальной жизни пренебрегать законами физики, они не просто так написаны. Многие ученные потеряли жизнь или здоровье, чтобы сейчас мы могли спокойно пользоваться электрическими приборами.)

  2. Автору респект! Теперь не буду самостоятельно лезть к проводам и электричеству, а лучше заплачу деньги грамотному спец в этом деле, чтобы не угробить последнее…

  3. Поставил такую же систему и себя на мини — фабрике, где изготовляют шапки. Электрики очень много, а напряжение высокое, вот и пришлось ставить.
    Все работает хорошо, стоимость установки небольшая но стоящая.

  4. У меня в квартире нет возможности выполнить заземление, и я сделал зануление бойлера и стиральной машинки на эектрощиток в подъезде. Судя по описанию зануления в этой статье, сопротивление его намного выше, чем 4 Ома, и думаю, что для того, чтобы не било током, нужно еще поставить УЗО.

  5. Здравствуйте! очень интересная информация, а я планировал в доме заменит электропроводки, если честно ваше и не предоставлял как можно это сделать новичку в таких делах, а тут все подробно до мелочей описан. Буду рекомендовать друзьям.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


два × 4 =