Заземление – что это такое, зачем нужно, как работает

Обязательным требованием к монтажу и эксплуатации электроустановок является обустройство системы заземления. Это не только повышает безопасность, но также предохраняет оборудование от порчи. Разберем, что собой представляют такие системы, когда требуются и как работают, на какие виды подразделяются и какие ошибки возможны при их монтаже.

Заземление – что это такое, зачем нужно, как работает

Специальное подключение участка электроцепи к особо обустроенному контуру с целью отвода электротока при пробое на корпус фазы называется заземлением. Подразделяется оно на естественное и искусственное.

Естественное отведение тока возникает при соприкосновении токопроводящих частей установок с конструкциями, контактирующими с грунтом. Например, к ним относятся столбы, фундамент, опоры. Однако специально применять их с рассматриваемой целью запрещено. Так как невозможно гарантировать стабильный уровень заземляющих характеристик, в частности, нужного сопротивления.

Искусственное заземление основывается на целенаправленно обустраиваемом в грунте металлическом контуре. Надежность его работы обуславливается соблюдением особых требований при изготовлении – толщина конструкций, глубина залегания, расстояние между элементами. В некоторых случаях вводятся дополнительные требования, например, разъединение заземления и нуля на входе в дом в системе TN-C-S.

В классическом виде заземляющая конструкция состоит из следующих частей:

• Токопроводящий контур, находящийся в непосредственном контакте с грунтом.
• Проводник, соединяющий корпус прибора или щиток бытовой электросети с заземлителем.

В действительности фаза, пробивающая на токопроводящую поверхность, не устраняется полностью – происходит только снижение потенциала до безопасного значения. Ввиду этого вводится дополнительная мера предосторожности – установка специально отключающего защитного устройства УЗО.

Принцип действия защитного заземления наглядно представляется в следующих возможных 4-х вариантах:

• Прибор не заземлен, УЗО нет.

Это потенциально опасная версия вероятного взаимодействия человека с электрооборудованием. Если на поверхность прибора перебросится фаза, обнаружить ее никак не удастся.

Автоматики в этом случае не сработает, и потенциал не будет понижен путем ухода в землю. Поэтому при соприкосновении фаза будет проходить через тело, что чрезвычайно опасно, вплоть до летального исхода.

• Прибор заземлен, УЗО не установлено.

Как правило, этот сценарий характерен для тех случаев, когда монтирована система заземления ТТ-типа. То есть когда электрооборудование непосредственно подключено к 3-ей заземляющей жиле, ведущей к местному контуру заземления рядом с домом.

В таком случае при соприкосновении с поверхностью прибора под напряжением тело человека все же будет подвергаться воздействию тока, но в гораздо меньшей степени. Так как большая часть потенциала уйдет по пути наименьшего сопротивления – в грунт. Однако опасность все же остается – остаток потенциала может быть достаточно большим – до 100 вольт.

• Монтировано УЗО, но прибор не заземлен.

УЗО выключит автомат на конкретном участке цепи, если обнаружит ток утечки. При этом фаза может находиться на корпусе достаточно долго и никак не будет обнаружена.

В крайне негативном случае развития событий ток пройдет через тело – когда пользователь прикоснется к прибору. Однако воздействовать электричество будет не дольше 0,3 секунд – УЗО сразу выключит автомат. Поэтому человек получит только неприятные ощущения.

• Прибор заземлен и установлено УЗО.

Это наиболее оптимальный вариант с точки зрения безопасности. Воздействие тока на человека практически исключается, так как включается сразу несколько механизмов защиты:

1. При пробое фазы на поверхность электроустановки ток через заземляющую жилу уходит в грунт через систему ТТ-заземления.
2. УЗО определяет пробой и в течение 0,3 сек отключает данный участок сети.
3. Если ток утечки будет велик, сработает, в том числе, предохранитель на щитке.

Защитная схема уникальна тем, что даже если автомат и УЗО не сработают, большая часть потенциала все равно уйдет в землю через заземлитель.

На заметку! Чтобы исключить опасность поражения током корпуса и элементы конструкции из металла электроприборов должны быть подключены к заземляющей жиле.

Разновидности

Согласно Правилам по устройству электроустановок и протоколу Международной технической комиссии, для классификации систем защитного заземления применяются следующие обозначения:

• Т – земля, заземление.
• N – нейтраль, нулевой провод.
• I – изоляция, специально изолированная нейтральная жила.
• C – комбинированный, объединение рабочего и защитного нуля.
• S – раздельный, защитная и рабочая нейтраль не связаны между собой.

В используемых названиях 1-ая буква говорит о типе заземления источника, то есть в быту это трансформатор или генератор. Аналогичным образом 2-ая буква показывает особенности потребителя – точнее поверхности его токопроводящих частей, на которые может произойти пробой фаз.

Например, расшифровка названия системы TN-C-S говорит о том, что нулевой проводник от трансформатора глухо заземлен, токопроводящий корпус приборов подключен к защитной нейтрали. При этом объединенная защитно-нулевая жила в какой-то точке схемы разделяется на рабочий и заземляющий ноль.

Для бытовых электропотребителей до 1 кВ применяются следующие виды заземляющих систем:

• TN-С.
• TN-S.
• TN-C-S.
• ТТ.
• IT.

Разберем особенности каждой из них более детально.

TN-С

Для данной конфигурации характерно объединение рабочей и защитной нейтрали в единый провод на протяжении всего пути магистрали – от источника до прибора. Современные застройщики такую схему не применяют уже более 20 лет. Причина – следующий ряд особенностей:

• Земля и ноль функционально находятся в одном проводнике.
• При аварийном обрыве нейтрали приборы остаются без заземления.
• В случае пробоя фазы корпуса всего подключенного к такому неисправному заземлению оборудования окажутся под опасным напряжением.

По сути, система заземления типа TN-C в исправном состоянии представляет собой механизм выключения автомата для электроустановок напряжением до 1 кВ. То есть когда фаза вдруг пробьет на подключенный к защитному нулю корпус, возникнет непродолжительное короткое замыкание и срабатывание предохранителя в щитке. В настоящее время такая схема применяется для защиты уличного освещения.

TN-S

Выше приведенный вариант широко применялся в самом начале обширной электрификации. Однако очень скоро начал обнаруживать свой основной недостаток. На смену ему стала внедряться более совершенная схема TN-S.

Главное ее отличие от предыдущей заключается в разъединении рабочей и защитной нулевых жил. К потребителю они подаются в разных проводниках. Так, для подачи 3-х фазного тока применяется 5-жильный кабель, а для 1-фазного – 3-жильный.

При этом для каждого типа «нуля» применяется своя глухозаземлённая нейтраль непосредственно на источнике. Исходя из этого факта, система заземления TN-S для бытовых электроустановок напряжением не выше 1 кВ представляет собой дорогой и экономически невыгодный вариант электроснабжения. Поэтому на практике она практически не применяется.

TN-C-S

Это своеобразный компромиссный вариант двух выше приведенных систем. Основное отличие состоит в том, что в некоторой точке объединенного защитно-рабочего нуля происходит разветвление на отдельный ноль и землю. Как правило, это осуществляется на входе в объект.

В результате электроприборы питаются от фазы и нуля и отдельно подключатся к земле. Однако только на первый взгляд может показаться, что система идеальна и подобна по свойствам TN-S-версии. В действительности если на участке от источника до точки разъединения случится разрыв нейтрали, установки останутся без защиты.

Обратите внимание! На практике система заземления типа TN-C-S представляет собой модернизированный вариант ранее установленной TN-C-схемы для бытовых электроустановок напряжением до 1 кВ. Однако 100%-ой защиты она даст. Для этого нужно объединение с местным заземляющим контуром.

ТТ

Наиболее надежный вариант, так как токопроводящие поверхности приборов соединены с отдельно оборудованной конструкцией в грунте в непосредственной близости с объектом. При этом нейтраль физически не соединяется с корпусами оборудования.

Недостатки проявляются в необходимости соблюдения определенного ряда правил при сооружении заземлителя. Кроме того, в электроцепи обязательно должны устанавливаться УЗО и молниезащитные устройства.

IT

Еще одна разновидность защиты электрооборудования, отличающаяся от выше приведенных схем тем, что нейтраль от источника изолирована от грунта или соединена с ним посредством элементов с высоким значением сопротивления. При этом корпуса приборов защищены через местный заземлитель.

Система IT похожа на ТТ, но применяется для особо ответственных электроустановок и представляет собой отдельно организованную схему электропитания с заданным напряжением и минимизирую им ток утечки. Это требуется, например, в шахтах, в медучреждениях, на бензостанциях.

Возможные ошибки

В организации защиты электрооборудования часто допускаются такие распространенные ошибки:

• Неправильный контур. Вместо специально созданной конструкции нередко защитную жилу присоединяют к трубопроводу или элементам отопления. В действительности они не отвечают условиям для безопасного отвода тока.
• Соединение нуля с землей за точкой их разъединения по схеме. В результате на заземленных установках может возникать ток и ложно срабатывать УЗО.
• Неграмотное разделение рабочего и защитного нуля. Зачастую между нулем и землей делается перемычка прямо в розетке. Из-за этого на поверхности прибора может возникнуть ток, если ноль будет оборван или перепутан с фазой.

Совет! В своем доме чаще всего организуется заземление по ТТ-схеме. Однако чтобы защита была эффективной, требуется соблюдать ряд правил при организации контура – в первую очередь выдержать габариты, глубину и расстояние между элементами.

Заземление отводит ток с поверхности прибора при пробое фаза. Оно может быть естественным и специально созданным. При этом возможны несколько рабочих вариантов его организации. Наибольшая эффективность проявляется, когда приборы заземлены и при этом установлены УЗО.

На практике заземление выполняется по различным схемам, наиболее популярные из них – это TN-C, TN-S, TN-C-S, TT и IT-системы. У каждой из них есть свои плюсы и минусы. При создании защиты важно не допустить ошибок.