Что такое заземление простыми словами?

Многие владельцы частных домов и квартир задумываются: что такое заземление простыми словами и зачем тратить время и деньги на его монтаж? Ответ кроется в безопасности. Каждый год статистика фиксирует сотни случаев поражения электрическим током в быту. Причина почти всегда одна — отсутствие или неисправность защитного заземления. В этой статье разберём техническую сторону вопроса: как работает заземление, какие системы существуют, что требует ПУЭ и почему без УЗО даже хороший контур может не спасти.

Услуги электролаборатории – проверка и диагностика электрооборудования любой сложности. Полный комплекс измерений сопротивления изоляции, заземляющих устройств и поиска скрытых неисправностей.

Как устроено заземление на пальцах

Физика процесса проста: ток течёт только по замкнутой цепи. Он всегда движется от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Если цепь разорвана — тока нет. Но риск попасть под удар никуда не девается. В домашней проводке полно мест, где опасный потенциал фазы может оказаться на токопроводящих деталях — например, на металлическом корпусе стиральной машины или холодильника. Дальше ток не идёт, потому что путь изолирован диэлектриком. Но стоит человеку создать контакт с землёй — и цепь замкнётся через его тело.

Что такое заземление в этом контексте? Это заранее проложенный путь для тока, путь с минимальным сопротивлением. Вместо того чтобы идти через человека, опасный заряд уходит по медному проводнику в землю. Так работает защита.

Как обычный человек может оказаться под напряжением в собственном доме

Современная квартира напичкана техникой. Производители стараются обезопасить пользователей, но ресурс любого прибора ограничен. Изоляция стареет, ТЭНы перегорают, проводка повреждается. Поломка может случиться в самый неожиданный момент.

Пример: в стиральной машине пробило нагревательный элемент. Фаза через воду попала на металлические детали и корпус. Вы дотрагиваетесь до машинки — и ток идёт через ваше тело. Величина этого тока по закону Ома зависит от общего сопротивления цепи. На практике значения могут быть от десятков миллиампер до нескольких ампер. Для человека опасным считается ток от 15 мА, смертельным — от 100 мА.

Если бы корпус стиральной машины был подключён к заземляющему устройству, картина изменилась бы. Ток ушёл бы по РЕ-проводнику в землю, а через тело человека пошла бы лишь незначительная часть. Сопротивление заземляющего контура строго регламентировано ПУЭ — оно должно быть не выше 4-30 Ом в зависимости от типа установки.

Какие опасности скрыты в схеме бытовой сети

Не только поломка прибора может привести к удару током. В жилых и производственных помещениях есть масса металлических конструкций: трубы водоснабжения, газопроводы, радиаторы отопления, антенны, арматура стен, лифтовые шахты. По разным причинам на них может появиться напряжение. Удар молнии. Пробой изоляции. Ошибка электрика. Сосед, который «заземлил» стиралку на батарею.

Когда вы касаетесь такого предмета, ток идёт через ваше тело. Его величина непредсказуема, но почти всегда опасна. Именно поэтому все токопроводящие магистрали, даже не относящиеся к электрике, подключают к контуру заземления здания. Такая система называется ОСУП — основная система уравнивания потенциалов. Её задача — отводить случайно появившийся опасный потенциал из зоны, где находятся люди.

В многоэтажных панельных или монолитных домах протяжённость трубопроводов достигает сотен метров. Если по такой длине пойдёт большой ток, из-за сопротивления проводника возникнет падение напряжения. Оно тоже опасно. Поэтому в каждой квартире все доступные металлические части — трубы, краны, батареи, даже акриловые ванны (они накапливают статику) — подключают к дополнительной системе уравнивания потенциалов (ДСУП).

Четыре главных требования к любому заземлению

ПУЭ, глава 1.7, чётко определяет, каким должно быть рабочее заземление. Перечислим основные пункты.

• Первое. Защитное заземляющее устройство создают для отвода опасных потенциалов на контур земли. Речь идёт о потенциалах, которые случайно оказались на токопроводящих конструкциях, не предназначенных для работы в электрической сети.
• Второе. Устройство должно надёжно соединять все металлические части электроустановки, включая открывающиеся дверцы щитов и шкафов. Для этого используют гибкие медные проводники в жёлто-зелёной изоляции.
• Третье. Общее сопротивление контактов системы заземления не должно превышать значений, указанных в пункте 1.7.103 ПУЭ. Для сети 220 В это 4-30 Ом. Только при таком сопротивлении аварийные токи надёжно уходят на глухозаземлённую нейтраль трансформатора.
• Четвёртое. Ещё на этапе строительства нужно предусмотреть равномерное распределение нагрузок. Это достигается монтажом системы выравнивания потенциалов.

В некоторых случаях безопасность электроустановки можно обеспечить не заземлением, а переводом сети на схему с изолированной нейтралью. Достаточно подключить оборудование через разделительный трансформатор. Этот способ широко применяют на медицинском оборудовании. Разделительные трансформаторы есть в продаже, и это рабочий вариант для мастерских или лабораторий.

Четыре системы заземления жилых зданий

Связь потребителей с глухозаземлённой нейтралью подстанции делают разными способами. Пути протекания аварийных токов меняются, и от этого зависит безопасность людей.

Система TN-C — самая старая и опасная

От трансформаторной подстанции 0,4 кВ к дому идут три фазных провода и один общий нейтральный (PEN). Нейтраль заземлена на стороне генератора и используется одновременно для передачи рабочих токов и аварийных. У потребителя монтируют повторное заземление.

Главная проблема: корпуса электроприборов не заземлены. При пробое изоляции фаза оказывается на корпусе, и человек, дотронувшийся до него, попадает под напряжение.

Раньше в этой схеме применяли зануление — корпус прибора преднамеренно подключали к нулевому проводу. При пробое изоляции возникало короткое замыкание, и автомат отключал линию. У зануления несколько серьёзных недостатков. Нужно строго соблюдать технику безопасности, использовать диэлектрические перчатки и обувь. Нельзя путать ноль и фазу, а это случается даже у опытных электриков. При ошибке опасный потенциал оказывается на корпусе постоянно, резко повышая риск травмы.

В быту некоторые умельцы соединяют нулевой и заземляющий контакты в розетке. Делать этого категорически нельзя. Вместо повышения безопасности вы создаёте угрозу и себе, и соседям.

Система TN-C доживает свой век на старом оборудовании. В новых проектах её уже не используют.

Система TN-S — самая безопасная

В кабеле появляется пятая жила. Нейтраль разделена на два независимых проводника: N (рабочий ноль) и PE (защитный ноль). К РЕ-проводнику предъявляют жёсткие требования — внутри него запрещено устанавливать любые коммутационные аппараты. Сопротивление этого провода минимально, по нему отводятся аварийные токи.

Минус системы TN-S один — повышенные затраты на дорогие кабельные линии.

Система TN-C-S — современная модификация

Быстро перевести все здания со старой TN-C на новую TN-S невозможно и очень дорого. Поэтому разработали компромиссный вариант. От подстанции идёт старый четырёхжильный кабель. На вводе в здание монтируют главную заземляющую шину (ГЗШ) и подключают её к повторному контуру заземления. PEN-проводник расщепляют на два потока — рабочий ноль N и защитный PE.

Внутри здания уже работает отдельный РЕ-проводник, и безопасность значительно повышается. Перевод дома на TN-C-S выполняют профессиональные бригады по специальному наряду. Самостоятельные эксперименты жильцов многоэтажек с подключением к трубам или арматуре недопустимы — они только повышают риски.

Система TT для частных домов с воздушными линиями

В сельской местности распространены четырёхпроводные воздушные ЛЭП. Владельцы частных домов могут смонтировать собственный контур заземления и подключить к нему РЕ-проводниками корпуса всех приборов. Эту работу реально сделать своими руками, но по правилам.

Два типа заземляющих устройств для частного дома

Домашние мастера, начитавшись упрощённых советов в интернете, часто допускают ошибки при монтаже контура. А между тем, глава 1.7 ПУЭ требует индивидуального расчёта для каждого участка. Нужно учитывать тип почвы, её сезонное сопротивление, глубину промерзания. Нельзя брать усреднённые значения из чужих чертежей.

После монтажа контура проводят контрольные замеры. Если сопротивление выше нормы — добавляют электроды или корректируют конструкцию.

Альтернатива — модульное штыревое заземление. Промышленность выпускает готовые комплекты для сборки. Монтаж на большую глубину выполняют мощными перфораторами. Это быстрее, но дороже.

Почему заземляющее устройство срабатывает не всегда

В нормальном режиме проблем с заземлением обычно нет. Аварийные ситуации — вот где проверяется эффективность. Наибольший интерес представляют три случая: удар молнии, токи утечки через повреждённую изоляцию, обрыв рабочего нуля.

Как заземление спасает от молнии

В системе молниезащиты разряд бьёт в молниеприёмник, переходит на токоотвод и стекает через заземляющее устройство в землю, минуя здание. Все три элемента должны выдержать огромную мощность и не сгореть.

Но молния может ударить не в приёмник, а в воздушную ЛЭП, близкое дерево или просто в грунт рядом с домом. В этом случае на вводе в здание возникает импульс перенапряжения до 6 кВ. Для защиты от таких явлений используют УЗИП — устройства защиты от импульсных перенапряжений. Они устанавливаются в трёх зонах здания разными классами, и качество монтажа заземления здесь играет ключевую роль.

Роль заземления в работе УЗО и дифавтоматов

Устройство защитного отключения (УЗО) постоянно сравнивает токи в фазном и нулевом проводе. Как только появляется разница — значит, ток утекает куда-то ещё. Чаще всего на землю через повреждённую изоляцию.

Если корпус прибора заземлён, то при пробое изоляции утечка возникает сразу, и УЗО отключает питание. Человек даже не успевает ничего почувствовать.

Если же корпус не заземлён, а на нём висит опасный потенциал, утечки нет. УЗО молчит. Только когда человек коснётся корпуса и ток пойдёт через его тело, защита заметит разницу и отключит линию. Но долю секунды под напряжением пострадать придётся.

Вот в чём разница: с заземлением удар исключён полностью (системы TN-S, TN-C-S, TT). Без заземления (TN-C) человек попадает под ток на время, нужное УЗО для вычисления утечки.

УЗО и дифавтомат выполняют свои функции даже в двухпроводной сети, значительно ограничивая время воздействия тока на пострадавшего.

Чем опасен обрыв нуля в трёхфазной сети TN-C

Это ситуация, когда энергоснабжающая организация может доставить серьёзные неприятности. Обрыв нуля характерен для систем TN-C и TN-C-S. При обрыве напряжение в квартире может скакнуть с 220 В до 380 В. Холодильники, микроволновки, телевизоры сгорают. Спасает только реле контроля напряжения (РКН).

Это ещё один аргумент в пользу перехода на систему TN-S с более безопасной схемой подключения заземляющего устройства.

Тело человека как проводник: почему ток опасен

Тело человека проводит электричество. Самой высокой проводимостью обладают мышцы и подкожная жировая клетчатка — именно они первыми контактируют с внешним источником тока. Ток проникает внутрь через поры и каналы потовых желез. Сухая кожа имеет большее сопротивление, чем влажная.

При контакте с напряжением 220 В через влажную кожу может пойти ток около 220 мА. Смертельной считается величина от 100 мА. То есть прикосновение мокрыми руками к фазе с высокой вероятностью заканчивается летальным исходом.

Вот почему так важно понимать, что такое заземление простыми словами — это не бюрократическое требование, а реальная защита жизни.

Заземление и зануление: разница на примерах

Многие путают эти два понятия. Зануление — это соединение корпуса электроустановки с нейтралью источника питания (заземлённой точкой трансформатора). При пробое изоляции возникает короткое замыкание, и срабатывает автомат-предохранитель.

Заземление — это соединение корпуса с контуром, уходящим в грунт. Опасный ток уходит в землю и рассеивается.

Простыми словами разница такая: при занулении цепь отключается автоматом, при заземлении ток уходит в грунт, минуя человека.

В многоквартирных высотках технически сложно сделать полноценное заземление для каждой квартиры, поэтому чаще используют зануление вместе с УЗО. В частном доме удобнее и надёжнее монтировать собственную систему заземления.

ПУЭ-7, глава 1.7, регламентирует не только сопротивление заземлителей, но и периодичность проверок. Для жилых домов сопротивление измеряют раз в 3 года, для социальных объектов — ежегодно. К сожалению, эти правила часто игнорируют.

Инженеры-электрики сходятся во мнении: идеальный вариант для частного дома — система TN-S или TT с модульным штыревым заземлением и УЗО на каждую линию. Да, это дороже, чем «накинуть провод на трубу». Но безопасность стоит своих денег.

ТМ Электро рекомендует при проектировании электроснабжения дома закладывать средства на качественное заземляющее устройство. Это не та статья расходов, на которой стоит экономить.

Как заземление ограничивает высокочастотные помехи

Компьютеры, микроволновые печи, телевизоры с импульсными блоками питания рассчитаны на работу в трёхпроводной сети с заземляющим РЕ-проводником. Если подключить такую технику к старой двухпроводной розетке, между корпусом прибора и батареей отопления можно измерить 110 В.

Откуда берётся это напряжение? В фильтрах питания, которые подавляют высокочастотные помехи, стоят конденсаторы, соединённые с корпусом. Образуется ёмкостной делитель, и на корпусе появляется половина фазного напряжения. В трёхпроводной сети этот потенциал уходит по РЕ-проводнику в землю. В двухпроводной — некуда. И если вы одновременно коснётесь корпуса прибора и заземлённой батареи, ток пойдёт через вас.

Простой совет: отодвигайте такую технику подальше от заземлённых конструкций, если в квартире нет полноценного заземления.

Краткий перечень того, что нужно знать про заземление

Заземление — это защитная система, предотвращающая удар током при прикосновении к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением. Конструкция состоит из трёх элементов:

• Металлический контур в грунте (4-6 штырей, соединённых полосами)
• Заземляющая шина в щитке
• Разводка проводов к розеткам и приборам

Глубина заложения контура — 2,5-3 метра, ниже уровня промерзания почвы. Это нужно, чтобы даже зимой электроды находились во влажном грунте, который проводит ток.

Ток всегда идёт по пути наименьшего сопротивления. Сопротивление тела человека выше, чем у медного заземляющего проводника. Поэтому ток уходит по проводу, а не через человека.

Заземление не устраняет неисправность. Оно создаёт безопасный путь для тока до того момента, как сработает автоматика — УЗО или автомат.

И последнее. Если вы живёте в старом доме с двухпроводной сетью и нет возможности смонтировать полноценное заземление, поставьте на каждую линию УЗО. Это не решит всех проблем, но значительно снизит риск получить смертельный удар током от неисправного прибора.