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.

Также есть еще глухозаземленная 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.

Похожие темы:

Что такое защитное зануление — схема и принцип работы

Зануление представляет собой специальное подключение открытых металлических частей электрооборудования (электроустановок) к нейтрали. Это относится к металлическим не токоведущим частям оборудования, которые в нормальном (рабочем) режиме не находятся (и не должны находиться) под напряжением. Нейтраль, с которой происходит соединение, должна быть глухо заземлена.

В трёхфазных электрических сетях – это нейтраль генератора или силового трансформатора, в однофазной сети – это глухозаземлённый вывод источника питания.

Нулевым защитным проводником (не путать с нулевым рабочим проводником) является такой проводник, который соединяет металлические занулённые части электрооборудования с глухозаземлённой нейтралью, идущей от генератора или питающего силового трансформатора.

Цель защитного зануления – обеспечить электрическую безопасность в случае короткого замыкания на металлический корпус электрооборудования или электроустановки.

Принцип зануления

Защитное зануление работает следующим образом. Если при поданном электрическом питании происходит попадание фазы (случайное попадание или пробой изоляции фазного проводника) на металлический корпус с занулением, то возникает короткое замыкание, резко увеличивается значение электрического тока и срабатывает аппарат защиты (автоматический выключатель) или перегорает плавкая вставка защитного предохранителя, тем самым обесточивая электрооборудование или электроустановку.

Сопротивление защитного нулевого проводника должно быть очень низким. Это необходимо для того, чтобы обеспечить уровень тока короткого замыкания, достаточный для действия защиты. Т.е. значение тока к.з. должно быть достаточным для того, чтобы сработал защитный аппарат.

Если электрооборудование просто заземлить, то, например, в случае пробоя фазы на корпус ток короткого замыкания может быть недостаточным для того, чтобы сработал автоматический выключатель или перегорела плавкая вставка предохранителя.

Ввиду того, что нейтраль заземлена на генераторе или трансформаторе, благодаря защитному занулению обеспечивается достаточно малое напряжение прикосновения на корпусе. Т.е. защитное зануление можно считать своего рода разновидностью заземления.

Видео — Зануление и заземление — в чем разница?

Схемы защитного зануления

Существует несколько схем, по которым выполняется защитное зануление.

Система TN-C

Достаточно простая система, по которой выполняется защитное зануление. В ней нулевой проводник N и защитный проводник PE по всей длине объединены в один общий проводник PEN. Для реализации защитного зануления по системе TN-C необходимо соблюдать очень высокие требования к системе уравнивания потенциалов, а также к размеру поперечного сечения совмещённого PEN-проводника.

Зануление по системе TN-C применяется в трёхфазных электрических сетях, а в однофазных сетях такое зануление категорически запрещено.

Система TN-C-S

Данная система представляет собой соединённые N и PE проводники в части сети, начиная от электрического источника питания. По данной системе допускается зануление электрооборудования в однофазных сетях.

Область применения защитного зануления

Защитное зануление применяется в однофазных и трёхфазных сетях переменного тока до 1кВ. Сеть должна быть с глухозаземлённой нейтралью.

Проверка эффективности защитного зануления

Суть защитного зануления заключается в том, чтобы в случае короткого замыкания фазы на корпус электрооборудования произошло автоматическое отключение повреждённого участка цепи. Для того чтобы проверить на сколько эффективно выполнено защитное зануление, необходимо измерить сопротивление петли фаза-ноль в самой удалённой от источника питания точке. Это позволит определить, сработает ли аппарат защиты в случае однофазного к.з. на корпус.

Сопротивление петли фаза-ноль измеряется при помощи специальных измерительных приборов. Приборы для измерения петли фаза-ноль имеют два щупа. При измерении один щуп подключается к действующей фазе, а второй – к занулённой части электрооборудования.

В результате замера выясняется значение сопротивления петли фаза-ноль. Зная величину измеренного сопротивления и значение питающего напряжения, по формуле закона Ома для участка цепи можно рассчитать ток однофазного короткого замыкания, расчётное значение которого должно быть больше (или равно) тока срабатывания защитного устройства.

Допустим, для защиты цепи от токовых перегрузок и от коротких замыканий установлен автоматический выключатель, ток мгновенного срабатывания которого равен 100А. Измеренное значение сопротивления петли фаза-ноль равно 2 Ом, фазное напряжение в сети равно стандартному  значению 220В.

Рассчитываем значение тока однофазного короткого замыкания. По закону Ома I = U/R = 220В/2Ом = 110А.

Т.к. расчётный ток к.з. больше чем ток мгновенного срабатывания (отсечки) автоматического выключателя, то защитное зануление будет эффективным. Если бы расчетный ток к.з. получился меньше тока мгновенного срабатывания автомата, то для эффективности защитного зануления пришлось бы или менять автоматический выключатель на устройство с меньшим током срабатывания, или искать решение по уменьшению сопротивления петли фаза-ноль.

Очень часто в расчётах ток срабатывания автоматического выключателя умножается на так называемый коэффициент надёжности Кн или коэффициент запаса. Дело в том, что отсечка автомата не всегда соответствует указанному значению, т.е. может быть некоторая погрешность, для этого и вводится в расчёты указанный коэффициент. Для старых автоматов Кн может равняться, например, 1,25 или 1,4. Для новых современных автоматов он может быть равен 1,1. Это связано с тем, что новые аппараты защиты работают более точно.

Защитное зануление

Занулениемназывается преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с глухозаземлённой нейтралью обмотки источника тока в 3-х фазных сетях с глухозаземлённой нейтралью, которые могут оказаться под напряжением в результате пробоя изоляции фазного провода на корпус.

Проводник, обеспечивающий указанные соединения зануляемых частей с глухозаземлённой нейтралью источника называется нулевым защитным проводником.

Нулевой защитный проводник отличается от нулевого рабочего проводника, который также соединён с глухозаземлённой нейцтральной точкой источника. Он предназначен для питания рабочим током электроприёмника.

Нулевой рабочий проводник, как правило, имеет изоляцию, равноценную изоляции фазных проводников, а сечение его рассчитывается на длительное прохождение рабочего тока.

Защитное зануление применяют в 3^х фазных сетях до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Принципиальная схема зануления представлена на рис. 4.5.

Рис.4.5. Принципиальная схема защитного зануления в сети с глухозаземлённой нейтралью.

1 – корпус потребителя электроэнергии;

R_о – сопротивление заземления нейтрали источника тока;

R_т – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;

ВА – автоматический выключатель с защитой.

Основное назначение защитного зануления – устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением вследствие замыкания на корпус за счёт быстрого отключения электроустановки от сети действием защиты.

Однако, поскольку корпус оказывается заземленным через нулевой защитный проводник, в аварийный период (с момента возникновения замыкания на корпус до отключения электроустановки от сети защитой) будет проявляться защитное свойство заземления.

Принцип действия защитного зануления основан на превращении замыкания на корпус в однофазное к.з. с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную электроустановку от сети.

Нулевой защитный проводник в схеме защитного заземления предназначен для создания тока однофазного к.з. цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для быстрого срабатывания защиты (т.е. быстрого отключения поврежденной электроустановки от питающей сети).

Учитывая, что занулённые корпуса заземлены через нулевой защитный проводник, в аварийный период проявляются защитные свойства этого заземления — снижается напряжение на корпусе относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия: быстрое автоматическое отключение повреждённой электроустановки от питающей сети и снижение напряжения занулённых металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

Рассмотрим на рис. 4.6 схему без нулевого защитного провода, роль которого выполняет земля (т.е. схема защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью).

Рис. 4.6. К вопросу о необходимости нулевого защитного проводника в 3-х фазной сети до 1 кВ с заземлённой нейтралью.

При замыкании фазы на корпус в цепи, образовавшейся через землю будет проходить ток:

(4.3)

благодаря которому на корпусе относительно земли возникает напряжение:

(4.4)

где:	Uф
	R0, Rз

Сопротивление обмотки трансформатора источника питания и проводов сети малы по сравнению с R₀ и R_зи их в расчёт можно не принимать.

Ток I_з может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание защиты и электроустановка может не отключиться.

Например, при U_ф=220 В и R₀ = R_з=4 Ом, ток, проходящий через землю, будет равен:

,

а напряжение корпуса относительно земли:

Если ток срабатывания защиты больше 27,5А, то отключения не произойдет и корпус будет находиться под напряжением 110В до тех пор, пока установку не отключат вручную.

Безусловно, при этом возникает угроза поражения людей электрическим током в случае прикосновения к повреждённому оборудованию. Ток через тело человека в этом случае будет равен:

Чтобы устранить эту опасность необходимо обеспечить автоматическое отключение электроустановки, т.е. увеличить ток до величины I_з>I_c.з., что достигается уменьшением сопротивления цепи за счёт введения в схему защитного нулевого провода с малым сопротивлением.

Согласно ПУЭ нулевой защитный проводник должен иметь проводимость не меньше половины проводимости фазного провода. В этом случае ток однофазного к.з. будет достаточным для быстрого отключения поврежденной электроустановки.

Таким образом, в 3^х фазной сети до 1 кВ с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании на корпус, поэтому такую сеть применять запрещается.

Заземление нейтрали предназначено для снижения до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого защитного проводника (и всех присоединенных к нему корпусов электрооборудования) при случайном замыкании фазы на землю.

В 4^х проводной сети с изолированной нейтралью при случайном замыкании фазы на землю между нулевым защитным проводом и землёй (рис. 4.7), а следовательно, между каждым зануленным корпусом и землей, возникает напряжение U_к, близкое к значению U_ф. Например, при U_ф=220В, U_к220В. Что является весьма опасным.

Рис. 4.7. Замыкание фазы на землю в 3-х фазной четырёхпроводной сети до1 кВ с изолированной нейтралью.

В сети с заземленной нейтралью (рис. 4.8) при таком повреждении будет обеспечиваться безопасность, так как при замыкании фазы на землю фазное напряжение U_фразделится пропорционально сопротивлениямR_зм(сопротивления замыкания фазы на землю) иR_о(сопротивление заземления нейтрали), благодаря чему напряжение между зануленным оборудованием и землейU_кснизится и будет равно:

(4.5)

где:

Iз

Рис. 4.8. Замыкание фазы на землю в 3-х фазной четырёхпроводной сети до 1 кВ с заземлённой нейтралью.

Как правило, сопротивление, которое оказывает грунт току замыкания фазы на землю R_зм, во много раз больше сопротивления заземления нейтралиR₀. ПоэтомуU_коказывается незначительным.

Например, при U_ф=220В, R₀ =4 Ом, R_зм=100 Ом

При таком напряжении прикосновение к корпусу неопасно.

Очевидно 3^х фазная четырехпроводная сеть с изолированной нетралью имеет опасность поражения электрическим током и применяться не должна.

Для уменьшения опасности поражения людей электрическим током в случаях обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазного проводника на корпус применяют повторное заземление нулевого защитного проводника.

При случайном обрыве нулевого защитного провода и замыкании фазы на корпус (за местом обрыва) отсутствие повторного заземления приведёт к тому, что напряжение относительно земли оборванного участка нулевого защитного провода и всех присоединенных к нему корпусов окажется равным фазному напряжению сети (U_ф) (рис. 4.9, а).

Рис. 4.9. Замыкание фазы на корпус при обрыве нулевого защитного проводника:

а) в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника;

б) в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника.

Это напряжение опасное для человека будет существовать длительно, поскольку поврежденная электроустановка не будет отключаться от защиты, а обрыв нулевого проводника трудно обнаружить, чтобы отключить вручную.

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при его обрыве сохранится цепь тока I_зчерез землю (рис. 4.9, б), а напряжение прикосновения на корпусе относительно земли за местом обрыва снизится до назначения:

(4.6)

где:	Iз
	Rn

Корпуса электрооборудования, присоединенные к нулевому защитному проводнику до места обрыва также окажутся под напряжением относительно земли:

Сумма U_к и U₀равны фазному напряжению:

U_к + U₀= U_ф

Если R_о= R_n, то корпуса, присоединенные к нулевому защитному проводу, как до, так и после обрыва, будут иметь одинаковый потенциал:

U_к = U₀=0,5U_ф

Этот случай является наименее опасным, так как при других соотношениях R₀ и R_nчасть корпусов будет находиться под напряжением большим 0,5U_ф, а другая часть корпусов под напряжением меньшим 0,5U_ф.

Поэтому повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения электрическим током, возникающую при обрыве нулевого защитного проводника, но не может обеспечить условий безопасности, которые существовали до обрыва.

В сети, где применяется защитное зануление, запрещается заземлять корпус электроприемника, не присоединив его к нулевому защитному проводу.

Объясняется это тем, что в случае замыкания фазы на заземленный, но не присоединенный к нулевому защитному проводнику корпус электрооборудования (рис. 4.14), образуется цепь тока I_з через сопротивление заземления этого корпуса R_з и сопротивление нейтрали источника тока R₀.

Рис. 4.10. Схема, поясняющая недопустимость заземления и зануления разных корпусов электрооборудования в одной сети.

В результате между этим корпусом и землей возникает напряжение:

U_к = I_зR_з

Одновременно возникает напряжение между нулевым защитным проводником и землей (между всеми корпусами присоединенными к нулевому защитному проводнику и землей):

U₀= I_зR₀

При R_з= R_о, U_к и U₀ будут одинаковыми и равными половине фазного напряжения.

Например, в сети с U_ф=220В напряжение между каждым корпусом и землёй будет равно 110В.

Указанные напряжения могут существовать длительно, пока электроустановка не будет отключена от сети вручную, т.к. защита из‑за малого значения тока I_з может не сработать.

Следует отметить, что одновременное заземление и зануление одного и того же корпуса наоборот улучшает условия безопасности, т.к. создаёт дополнительное заземление нулевого проводника.

При замыканиях на корпус зануление создает цепь однофазного короткого замыкания. В результате срабатывает максимально-токовая защита (МТЗ) и аварийный участок цепи отключается от сети. Кроме того, до срабатывания ток к.з. вызывает перераспределение напряжений в сети и, как следствие, снижение напряжения аварийного корпуса относительно цепи (снижается напряжение прикосновения). Быстродействием МТЗ определяется время воздействия поражающего фактора опасности. (Чем меньше время срабатывания защиты, тем меньше опасность поражения человека при прикосновении к зануленному аварийному корпусу).

При замыкании на зануленный корпус в цепи одного из фазных проводов возникает ток короткого замыкания (I_к). Этот ток определяется фазным напряжением источника питания (U), сопротивлением цепи фазного (Z_ф) и нулеваго (Z_н) проводов:

Сопротивление цепи «фаза-нуль» Z_ф+Z_н выражается комплексными величинами. Это объясняется тем, что при протекании больших токов при надлежащем выполнении зануления I_к должен превышать I_ср и тем самым обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и, следовательно, безопасность людей имеющих контакт с зануленным электрооборудованием.

Зануление как и защитное заземление, необходимо выполнять в следующих случаях:

• в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных в отношении поражения электрическим током, а также вне помещений при напряжении электроустановок выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока;

• в помещениях без повышенной опасности при напряжении электроустановок 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока;

• во взрывоопасных зонах независимо от напряжения электроустановок (в том числе до 42 В переменного и до 110 В постоянного тока).

Зануление корпусов переносных электроприёмников осуществляется специальной жилой, находящейся в одной оболочке с фазными жилами питающего кабеля и соединяющей корпус электроприёмника с нулевым защитным проводником питающей линии.

Присоединять корпуса переносных электроприёмников к нулевому рабочему проводу линии недопустимо, так как в случае его обрыва все корпуса, присоединённые окажутся под фазным напряжением относительно земли.

Рис. 4.11. Зануление переносного однофазного электроприёмника, включенного между фазами и нулевым рабочим проводами.

а – правильно; б — неправильно

Если нулевой рабочий провод линии является одновременно нулевым защитным, то присоединение к нему корпусов электрооборудования должно выполняться отдельным проводником. Запрещается использовать для жтой цели нулевой рабочий проводник, идущий в электроприёмник, т.к. при случайном его обрыве корпус окажется под фазным напряжением.

Рис. 4.12. Зануление переносного однофазного электроприёмника, включенного между фазами проводом и нулевым рабочим, являющимся одновременно нулевым защитным проводником:

а – правильно; б — неправильно

ПУЭ нормируют максимальные значения сопротивлений заземляющих устройств:

• в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройствав любое время года должно быть не более 0,5 Ом.

• в электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью должно быть R 250/I, Ом, но не более 10 Ом, где I –расчетный ток замыкания на землю, А.

• в электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которым присоединены нейтрали генератора или трансформатора в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника 3-х фазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

• В электроустановках напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства используемого для защитного заземления открытых проводящих частей в системе IT должно быть

R  U_пр /I, Ом

где:	Uпр
	I

Зануление — это… Что такое Зануление?

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой генератора или трансформатора, в сетях трёхфазного тока; с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока; с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Защитное зануление является основной мерой защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью.

Принцип действия

Принцип действия зануления

Принцип работы зануления: если напряжение (фаза) попадает на соединённый с нулем металлический корпус прибора, происходит короткое замыкание. Сила тока в цепи при этом увеличивается до очень больших величин, что вызывает быстрое срабатывание аппаратов защиты (автоматические выключатели, плавкие предохранители), которые отключают линию, питающую неисправный прибор. В любом случае, ПУЭ регламентируют время автоматического отключения поврежденной линии. Для номинального фазного напряжения сети 380/220 В оно не должно превышать 0,4 с.

Зануление осуществляется специально предназначенными для этого проводниками. При однофазной проводке — это, например, третья жила провода или кабеля.

Для того, чтобы отключение аппарата защиты произошло в предусмотренное правилами время, сопротивление петли «фаза-ноль» должно быть небольшим, что, в свою очередь, накладывает на все соединения и монтаж сети жесткие требования качества, иначе зануление может оказаться неэффективным.

Помимо быстрого отключения неисправной линии от электроснабжения, благодаря тому, что нейтраль заземлена, зануление обеспечивает низкое напряжение прикосновения на корпусе электроприбора. Это исключает вероятность поражения током человека. Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.

Различают зануление систем TN-C, TN-C-S и TN-S.

Система зануления TN-C

Система зануления TN-C

Простая система зануления, в которой нулевой проводник N и нулевой защитный PE совмещены на всей своей длине. Совместный проводник обозначается аббревиатурой PEN. Имеет существенные недостатки, главный из которых — высокие требования к системам уравнивания потенциалов и сечению PEN-проводника. Применяется для электроснабжения трехфазных нагрузок, например асинхронных двигателей. Применение данной системы в однофазных групповых и распределительных сетях запрещено:

1.7.132. Не допускается совмещение функций нулевого защит­ного и нулевого рабочего проводников в цепях однофазного и по­стоянного тока. В качестве нулевого защитного проводника в таких цепях должен быть предусмотрен отдельный третий проводник.

— ПУЭ-7^[1]

Система зануления TN-C-S

Усовершенствованная система зануления, предназначенная для обеспечения электробезопасности однофазных сетей электроустановок. Она состоит из совмещённого PEN-проводника, который соединён с глухозаземленной нейтралью питающего электроустановку трансформатора. В точке, где трёхфазная линия разветвляется на однофазные потребители (например в этажном щите многоквартирного дома или в подвале такого дома) PEN-проводник разделяется на PE- и N-проводники, непосредственно подходящие к однофазным потребителям.

Система зануления TN-S

Наиболее совершенная, дорогая и безопасная система зануления, получившая распространение, в частности, в Великобритании^[2]. В этой системе нулевой защитный и нулевой проводники разделены на всей своей длине, что исключает вероятность ее выхода из строя при аварии на линии или ошибке в монтаже электропроводки.

Ошибки в реализации зануления

Иногда ошибочно^{[источник не указан 1309 дней]} считают, что заземление на отдельный контур, не связанный с нулевым проводом сети, лучше, потому что при этом нет сопротивления длинного PEN-проводника от электроустановки потребителя до заземлителя КТП (комплектной трансформаторной подстанции). Такое мнение ошибочно, потому что сопротивление заземления, особенно кустарного, гораздо больше сопротивления даже длинного провода. И при замыкании фазы на заземлённый таким образом корпус электроприбора ток замыкания из-за большого сопротивления местного заземления может оказаться недостаточным для срабатывания АВ (автоматического выключателя) или предохранителя, защищающего эту линию. В таком случае корпус прибора будет находиться под опасным потенциалом. Кроме того, даже если применить АВ небольшого номинала, срабатывающий от тока замыкания на землю, все равно обеспечить требуемое ПУЭ время автоматического отключения поврежденной линии практически невозможно.

Поэтому раньше, до начала массового применения УЗО, заземление корпусов электроприемников без их зануления (то есть заземление по системе ТТ) вообще не допускалось. Пункт 1.7.39 ПУЭ-6:

В электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью или глухозаземлённым выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземлённой средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается.

Распространённым заблуждением является утверждение, что согласно новой редакции ПУЭ (п. 1.7.59), заземление корпусов электроприемников без их зануления допускается, но только при обязательном применении УЗО. Пункт 1.7.59 ПУЭ-7:

Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземлённой нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система ТТ), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие: Ra * Iа ≤ 50 В, где Iа — ток срабатывания защитного устройства; Ra — суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, при применении УЗО для защиты нескольких электроприемников — заземляющего проводника наиболее удалённого электроприемника.

В рассматриваемом пункте ПУЭ речь идет о системе ТТ. Указывается, что в системе ТТ электробезопасность при косвенном прикосновении обеспечивается используя УЗО. Система сети определяется состоянием нейтрали источника питания (п. 1.7.3), в большинстве случаев трансформатора подстанции, а также способами подключения открытых проводящих частей оборудования к элементам защиты, которые четко определены для каждой системы — глухозаземлённой нейтрали трансформатора или заземляющему устройству. В настоящее время, для питания подавляющего количества электроустановок (дачные участки, жилые и производственные здания и т. д.), используется система TN, где открытые части электроустановки присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания. Таким образом, указания пункта 1.7.59 относятся к другой, не получившей широкого распространения, схеме сети и не могут быть использованы для обеспечения электробезопасности в сетях, выполненных по схеме TN.

См. также

Примечания

Литература

Вайнштейн Л. И. Меры безопасности при эксплуатации электроустанок потребителей. — М.: Энергия, 1977. — 176 с.

Ссылки

38 Зануление, схема, устройство и принцип работы.

Зануление — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.009).

Задача зануления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус.

При занулении, если оно надежно выполнено всякое замыкание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазами и нулевым проводом). При этом возникает ток такой силы, достаточной для расплавления плавкой вставки ближайшего предохранителя или отключения ближайшего автомата и автоматическое отключение поврежденной установки от сети. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимально-токовая защита и отключает электроустановку. В качестве максимально-токовой защиты применяют предохранители, автоматы. Область применения зануления — трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью источника тока (рис. 1).

1 — корпус электрооборудования; 2 — максимально-токовая защита; Rо — сопротивление заземления нейтрали источника тока; Rn — сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника.

Кроме того, защитное заземление применяют в трехфазных сетях с изолированной нейтралью, а не в четырехпооводных сетях с глухозаземпенной нейтралью, как зануление.

39 Защитное отключение, схема, назначение и область его применения.

Защитное отключение — это быстродействующая щита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.

Защитное отключение должно осуществлять защиту от глухих или неполных замыканий на землю или корпус; при появлении опасных токов утечки; при переходе высшего напряжения на низшее.

Устройства защитного отключения должны обладать высокой чувствительностью, малым временем отключения (ПУЭ требует, чтобы это время не превышало 0,2 с), самоконтроль и надежность.

Наиболее целесообразно применять защитное отключение в передвижных электроустановках и при использовании ручного инструмента.

Зануление обеспечивает отключение поврежденного участка сети или электроприемника лишь через период времени, измеряемый единицами или десятками секунд. Защитное отключение применяется в электроустановках с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В в дополнение к занулению; взамен зануления, если его трудно выполнить.

Схемы защитного отключения подразделяются на несколько типов в зависимости от параметра, на который реагирует датчик: напряжение корпуса относительно земли, тока замыкания на землю, напряжения нулевой последовательности, напряжения фаз относительно земли и т.п.

На рис.1 представлена принципиальная схема защитного заземления, реагирующая на напряжение корпуса относительно земли.

Датчиком является реле максимального напряжения RЗ, включенное между защитным корпусом и вспомогательным заземлителем R_в. Электроды вспомогательного заземлителя размещаются в зоне нулевого потенциала не ближе 15-20 м от заземлителя корпуса R_в или заземлителей нулевого провода. При пробое фазы на корпус на нем появляется напряжение относительно земли, при напряжении 20-60 В срабатывает реле напряжения RЗ и разрывает цепь катушки управления ОК. Сердечник этой катушки освободится и разомкнет контакты автоматического выключателя АВ. Схема отличается простотой, но требует вспомогательного заземлителя.

Защитное отключение может применяться как основная мера защиты совместно с защитным заземлением или занулением.

Зануление: принцип действия

Зануление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с заземленной нейтральной точкой источника электроэнергии с целью автоматического отключения участка при замыкании на корпус.

Схемы защитного заземления: а) и зануления б) в трехфазной уста­новке.

Нулевой защитный проводник — проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника электроэнергии или ее эквивалентом. Он используется для питания электроустановки.

Принцип действия зануления

При замыкании на корпус зануление создает цепь однофазного КЗ, что вызывает срабатывание максимальной токовой защиты (за счет протекания тока однофазного КЗ), и поврежденная электроустановка отключается от сети. При этом в промежуток времени от момента замыкания на корпус до отключения электроустановки происходит снижение напряжения корпуса поврежденной электроустановки относительно земли из-за перераспределения напряжения между фазным и нулевым защитным проводниками и наличия повторного заземления нулевого защитного проводника.

Зануление ограничивает время воздействия тока на человека и снижает напряжение прикосновения.

Область применения зануления: трехфазные четырехпроводные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ; однофазные двухпроводные сети переменного тока с заземленным выводом; трехпроводные сети постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Электрическая схема заземления и зануления.

В качестве максимальной токовой защиты могут применяться: плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые для защиты от токов КЗ, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловым реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматы с комбинированными расцепителями.

Для обеспечения работоспособности зануления проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкого элемента ближайшего предохранителя; в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя или уставку регулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику.

Схема зануления при наличии короткого замыкания.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, проводимость указанных проводников должна обеспечивать ток не ниже уставки тока мгновенного срабатывания, умноженный на коэффициент, учитывающий разброс (по заводским данным) и на коэффициент запаса 1,1.

При отсутствии заводских данных для автоматических выключателей с номинальным током до 100 A кратность тока КЗ относительно уставки следует принимать не менее 1,4, а для автоматических выключателей с номинальным током более 100 А — не менее 1,25.

Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника. На воздушных линиях электропередачи зануление должно быть осуществлено нулевым рабочим проводом, проложенным на тех же опорах, что и фазные провода.

 

На концах воздушных линий (или ответвлений от них) длиной более 200 м, а также на вводах от воздушных линий к электроустановкам, которые подлежат занулению, должны быть выполнены повторные заземления нулевого рабочего провода. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например подземные части опор, а также заземляющие устройства, выполненные для защиты от порогового перенапряжения.

6. Принцип действия защитного зануления.

Зануление — это преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановок (например, корпуса электродвигателя), которые неожиданно могут оказаться под напряжением, с нулевым защитным проводом. Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В (380/220 В) с глухозаземленным нейтральным (нулевым) проводом обмотки питающего трансформатора.

Принцип действия зануления заключается в превращении пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока J к.з., при котором сгорают плавкие предохранители (скорость 5-7 сек) или срабатывает автомат (1-2с). По цепи: фаза-корпус-нулевой провод течет большой ток короткого замыкания. До срабатывания защиты зануление понижает напряжение на корпусе. Для уменьшения опасности поражения в случае обрыва нулевого провода этот провод заземляют повторно (R_П) так, чтобы расстояние от электроустановки до ближайшего повторного заземления было ≤ 100 м.

5. Принцип действия защитного заземления. Понятие о шаговом напряжении. Защитное заземление, понятие о шаговом напряжении.

Корпус любой электроустановки, в частности электродвигателя в нор­мальном состоянии не находится под напряжением благодаря изоляции от токоведущих частей. Однако в случае повреждения изоляции любая из частей корпуса может оказаться под напряжением, под которое неожиданно может попасть человек.

Для уменьшения опасности поражения электротоком все установок заземляют.

Сеть с изолированной нейтралью.

Заземление состоит из заземлителя (стержень из уголковой стали, вертикально забитый в землю) и проводов соединяющих заземлитель с электроустановкой. Сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом.

Назначение заземления — максимально уменьшить напряжение, под которое может попасть человек.

При отсутствии заземления и пробое фазы на корпус двигателя последний будет находиться под напряжением 220 В. При сопротивлении R_чел = 1000 Ом через человека пойдет ток силой 220 мА — это смертельно. Если двигатель заземлить, то большая часть тока потечет с двигателя через заземлитель на землю, а ветвь «двигатель-человек-земля» будет значительно разгружена, по ней потечет не опасный для человека ток, так как сопротивление человека, примерно в 100 раз больше сопротивления заземления.

В ряде помещений (теплицы, фермы и др.) отмечаются повышенная влажность, запыленность, агрессивные пары и газы. В таких условиях изоляция электропроводов быстро выходит из строя, что сопровождается частым замыканием электропроводок на корпус. В итоге на нем появляется потенциал по отношению к земле или влажному полу помещений. С целью защиты человека и животных в названных условиях используют метод выравнивание электрического потенциала, заключающееся в снижении напряжений прикосновения и шага между точками электроцепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых могут одновременно стоять человек и животное. Для этого металлические детали транспортеров, стойла и трубопроводы соединяют со стальной полосой или проволокой диаметром не менее 8 мм, которые укладывают в полу фермы на слой песчаной или щебеночной подушки перед заливкой его бетоном. По торцам помещения проводники присоединяют к металлоконструкциям фермы на высоте 300 — 500 мм (при этом выводы выравнивающих проводников в местах их выхода из пола изолируют друг от друга). Целость каждой цепи выравнивающих проводников проверяют раз в шесть месяцев, при этом сопротивление в местах креплений не должно превышать 1 Ом.

Понятие о шаговом напряжении.

При прохождении электрического тока с заземлителя в землю, на поверхности земли возникают электрические потенциалы, величина которых уменьшается по мере удаления от заземлителя. Если в момент прохождения тока через заземлитель около него будет находиться человек или животное, то он может оказаться под действием разности электрических потенциалов, в результате чего по его телу пройдет электроток. Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками поверхности земли, отстоящими друг от друга на расстоянии шага (0,8 м) называется шаговым напряжением. Для животных оно выше, чем для человека. Чем больше величина шага и чем ближе человек находиться к заземлителю, тем больше опасность поражения шаговым напряжением.

Шаговое напряжение может возникнуть вследствие удара молнии в землю, в дерево, также около упавших на землю электропроводов, находящихся под напряжением. Это напряжение вызывает судороги ног, человек падает и попадает под еще большее напряжение «ноги-руки». В радиусе R = 20 м шаговое напряжение = 0.

Меры безопасности: не приближаться к местам падения не обесточенных проводов. Если попали под напряжение — нужно выйти из опасной зоны мелкими шагами или прыгать на одной ноге. Сориентироваться где источник.