Що таке заземлення та заземлюючий пристрій, як воно працює і для чого призначене

Електромережа – це основа сучасного світу. Майже вся сучасна побутова техніка працює від електрики, адже це зручне джерело енергії. Але є й зворотний бік медалі – висока небезпека ураження електричним струмом. Без правильного підходу конструювання обладнання та проектування електричних мереж електрика наробить більше біди, ніж користі. Заземлення – один із способів забезпечення безпеки.

Заземлюючий пристрій - це один із найскладніших об'єктів в електроенергетиці, тому що він багатофункціональний. Немає жодного апарату, приладу, машини, об'єкта в електроенергетиці, який виконував би одразу таку велику кількість функцій.

Тим не менш, заземлення є тією сферою енергетики, яка залишається ніби за межами теоретичних та практичних знань і більшості проектуючих організацій та експлуатаційників. І часом невеликі похибки та помилки у влаштуванні заземлення можуть стати причиною серйозних збоїв у роботі енергооб'єктів. До того ж ця проблема перетинається із загальною надійністю енергоустановок.

Простими словами про заземлення

Заземлення – це комплекс рішень та пристроїв для захисту від ураження електричним струмом та забезпечення роботи захисної апаратури.

Вітчизняні електромережі мають глухозаземлену нейтраль. Що це означає? Якщо розглянути це питання спрощено, то на електростанціях встановлюють трифазні генератори. Їхні обмотки з'єднують за схемою зірки. Точка з'єднання обмоток є нейтраллю.

Якщо заземлити точку з'єднання зірки, як показано на малюнку вище, то вийде лінія електропередач з глухозаземленной нейтраллю. Потенціал цієї точки та нейтрального дроту дорівнюватиме потенціалу землі.

Заземлювальний пристрій часто називають заземлювачем , хоча це зовсім правильно, т.к. заземлювальний пристрій - це складний комплексний електротехнічний об'єкт і заземлювач - це тільки частина цього об'єкта.

У найпростішому варіанті заземлювач - три металеві штирі вбиті в землю на однаковій відстані один від одного, перебуваючи як би у вершинах трикутника, при цьому їх з'єднують між собою сталевою смугою за допомогою зварювання. Довжина штирів та їх поперечний переріз розраховується під конкретні умови та вимоги до цього об'єкта.

Далі в будинок заводять головну заземлюючу шин і від неї прокладають провідники до електрощитів та електроустаткування.

Провідник, що заземлює, заводиться в електричний щит будинку або квартири і з'єднується із заземлюючою шиною. Вона є металевою смугою з клемниками. До неї підключаються земляні провідники кожного заземленого приладу чи розетки. Якщо прилад підключається не через розетку, то до нього прокладається заземлюючий провідник, і він підключається до спеціальної клеми, з'єднаної з корпусом.

Всі заземлюючі провідники і шини мають ізоляцію або пофарбовані смугами зеленого і жовтого кольорів, що чергуються.

На вигляд заземлення буває захисним і робочим. Як можна здогадатися, захисне заземлення виконує функції захисту від ураження електричним струмом, а робоче – необхідне нормального функціонування електроустаткування.

Таким чином заземлення називають електричне з'єднання корпусу електроприладів із заземлювачем.

Чому б'є струмом

Щоб розібратися для чого потрібне заземлення, спочатку розберемося в яких випадках і чому нас б'є струмом. Головне, що потрібне для протікання електричного струму - це різниця потенціалів.

Це означає, що якщо ви стоїте на підлозі і візьметеся за оголений провід або іншу струмоведучу частину руками, то струм через ваше тіло і підлогу стіче в землю.

Змінний струм силою всього 50 мА вже є небезпечним для людини.

А якщо ви обома руками візьметеся за струмоведучу частину і повисніть на ній не торкаючись землі, то швидше за все нічого не станеться, перевіряти це, звичайно, не варто. Тому птахів не б'є струмом на дротах. Але повернемося до розмови про заземлення. Як ми вже сказали, корпуси електроприладів заземлюють. Навіщо це потрібно?

Проведення та інші вузли обладнання, такі як електродвигуни, ТЕНи та інше в нормальному стані не мають контактів фази з корпусом приладу, металорукавом або бронею кабелю. Але у разі несправностей фаза може опинитися на корпусі. Це може статися при пошкодженні ізоляції обмоток двигунів та трансформаторів, пробою діелектричного шару ТЕНів, пошкодження ізоляції з'єднувальних проводів усередині приладу та кабельних ліній.

В результаті на корпусі виявиться небезпечний потенціал, простою мовою: корпус виявиться «під фазою». Коли ви торкнетеся його стоячи босоніж на плитці, бетонній і навіть дерев'яній підлозі – вас вдарить струмом. У гіршому випадку це може призвести до смерті.

Найчастіше така ситуація виникає в результаті часткового виходу з ладу ТЕН пральних машин, водонагрівальних баків, проточних нагрівачів.А особливо яскраво таке відчувається при одночасному торканні пральної машини і водопровідних та опалювальних труб, або у випадку з водонагрівальним баком, коли ви приймаєте душ або ванну, б'є струмом.

Остання проблема вирішується організацією системи вирівнювання потенціалів (заземленням ванни та інших металевих частин водопроводу).

Якщо корпус пошкодженого приладу заземлений – небезпечна напруга стіче на землю та (або) спрацює захисний прилад – пристрій захисного відключення (ПЗВ) або автоматичний вимикач диференціального струму (дифавтомат). Ми вже розглядали, що це за прилади і як вони працюють у статтях раніше:

Якщо корпус занулений – спрацює звичайний автомат, оскільки це буде коротким замиканням на корпус (нуль у цьому випадку). Дифавтомати та ПЗВ визначають витік струму шляхом порівняння струмів фазного та нульового дроту – якщо струм у фазі більший ніж у нулі, значить струм втікає в землю, через заземлюючий провід або через тіло людини. Такі прилади спрацьовують при диференціальному струмі (різниці струмів) зазвичай 10 мА і більше.

Тому сучасний електрощит – це складний пристрій з великим набором захисних комутаційних приладів, а наявність заземлення є обов'язковим у всіх будівлях, побудованих або відремонтованих після 2003 року. Тобто в них має бути прокладена 3-провідна однофазна або 5-провідна трифазна електропроводка. Якщо ви хочете висловити свою думку щодо питань заземлення – пишіть у коментарях про це.

Інформація, опублікована на даному веб-сайті, представлена ​​виключно з метою ознайомлення, за застосування цієї інформації адміністрація сайту відповідальності не несе.

Заземлення - що це і для чого потрібно

Тіло людини – добрий провідник електричного струму. Найвищими показниками електропровідності мають м'язи і підшкірно-жирова клітковина, тобто якраз ті місця, які першими контактують із зовнішнім джерелом струму, чи то оголений провід, чи несправний електроприлад.

Струм проникає в тіло через пори та канали потових залоз, тому очевидно, що суха шкіра відрізняється вищим опором, ніж волога. Так, при контакті з напругою 220 значення сили струму, що впливає на мокрий шкірний покрив, становить близько 220 мА. За такої електротравми смерть настає миттєво, враховуючи, що небезпечним для організму вважається показник уже 15мА, а смертельному небезпечним – 100 мА.

Це доводить необхідність розробки заходів, які запобігають випадковому ураженню електричним струмом у всіх галузях людської діяльності, як на виробництві, так і в побуті. Одним з таких заходів є встановлення заземлювальних пристроїв (ЗП).

Що таке заземлення

Якщо говорити простими словами, це захисна система, яка запобігає ударам струмом при дотику до металевих частин обладнання, що знаходиться під напругою. Вся конструкція складається з наступних частин:

• Металевий контур
• Заземлююча шина
• Розведення проводів заземлення

Контур є 4-6 штирів (електродів), забитих у грунт і з'єднаних між собою металевими смугами. Необхідна глибина заземлювального пристрою – 2,5-3 метри, тобто нижче за рівень промерзання ґрунту. Це потрібно для того, щоб навіть взимку контур отримував доступ до вологи, яка проводить струм.

Вгорі одного вертикального електрода розташовується «контактна зона» (найчастіше у вигляді болта з різьбленням), від якої бере початок мідна шина, що веде до спеціальної планки в розподільчому щитку.

Від головної шини, що заземлює, у свою чергу, розходяться мідні жили до розеток споживачів. Ці дроти, по суті, відповідають за підключення заземлення – наприклад, у сучасних будинках розведення від щитка виконується трижильним кабелем, де одна із жил – жовто-зеленого кольору – відведена «під землю».

Рис 1. Пристрій заземлення. а) - заземлення в лінію; б) – контур заземлення

Вимоги до заземлення

Забезпечення безпеки споживача під час роботи з електричними приладами – пріоритетне завдання виробників та експлуатантів електроустановок, тому у цій сфері діє низка норм та правил. Відзначимо основні:

• Заземляти потрібно все, що має металевий корпус: казани, верстати, насоси, інструменти, обладнання;
• Штирі та з'єднання контуру повинні відрізнятися антикорозійністю та зносостійкістю, що забезпечується правильним вибором матеріалу та діаметру – наприклад, для цих цілей нерідко використовується нержавіюча сталь з поперечним перерізом не менше 90 кв. мм;
• Заземлювачі повинні завжди знаходитися у вологому ґрунті – для цього потрібно врахувати географічні, кліматичні та геологічні особливості регіону та вибрати правильну глибину розміщення металевих електродів.

Чому людину б'є струмом

1. У побутовому електричному приладі, встановленому без заземлення (наприклад, у пральній машині), порушилася цілісність проводки. Причини можуть бути будь-які - природне зношування, механічні пошкодження, шкідництво комах або гризунів.
2. У результаті корпусі агрегату накопичується електричний розряд.
3. Людина торкається пристрою і отримує удар струмом.

Важливо розуміти, що струм при цьому рухається замкнутим ланцюгом, де тіло людини виступає як одна з ланок. Якби ми, скажімо, літали повітрям, то електричні травми були б нам практично не страшні – подивіться на птахів за вікном: вони спокійно сидять на високовольтних дротах, не здогадуючись про смертельну небезпеку.

Однак ми, на відміну від птахів, ходимо землею, яка, у свою чергу, вважається ідеальною точкою з нульовим потенціалом. Виходить, що тіло людини виступає як провідник, яким електричний струм від несправного електроприладу або оголеного дроту спрямовується до землі, щоб зрівняти кількість заряджених частинок у цих двох точках, як того вимагають закони природи.

Як працює заземлення

Струм рухається шляхом найменшого опору. Цей простий принцип лежить в основі роботи заземлення: наш шкірний покрив має більш високий опір, ніж металевий провід, тому при торканні поверхні під напругою струм відразу йде в землю, не завдаючи людині шкоди. Це головне, що потрібно розуміти роботу ЗУ.

Є ще один чинник, який забезпечує роботу заземлення – нескінченно широке «перетин» грунту. Звернемося до фізики: струм, йдучи у вологий ґрунт, запускає ланцюгову реакцію іонів, які передають енергію дедалі далі, практично нескінченно. Чим більше електрично заряджених частинок (іонів) бере участь у процесі, тим швидше передається енергія, розсіюється струм і, отже, ефективніше працює заземлення.Додамо, що тут важливу роль відіграє і достатній діаметр металевих електродів, що входять до контуру заземлювального пристрою.

Заземлення та занулення – у чому відмінність

Крім установки ЗУ, існує ще один спосіб, що захищає людину від удару струмом від несправних електроустановок. Це занулення (інша назва: заземлення на нуль). Його суть у тому, що при виникненні несправності виникає коротке замикання, що призводить до відключення автомата-запобіжника. Технічно це реалізовано так: корпус електроустановки з'єднується з нейтраллю джерела живлення, тобто із заземленою точкою трансформатора.

Простими словами, різниця між зануленням і заземленням в тому, що в першому випадку ланцюг живлення відключається через перевищення струмової уставки автомата, а в другому - небезпечний струм відправляється в грунт і «розтікається» в його вологому середовищі.

У багатоквартирних висотках заземлювати електроприлади технічно складно, тому найчастіше використовується занулення (поряд з ПЗВ). У приватних будинках, навпаки, найзручніше зробити систему заземлення.

Для чого застосовуються ПЗВ та дифавтомати

Експлуатація заземлювальних пристроїв неможлива без додаткових приладів. До головних з них потрібно віднести пристрій захисного відключення (ПЗВ) та диференціальні автомати. Незважаючи на зовнішню схожість, вони використовуються для різних завдань:

1. ПЗВ відключається в момент появи в мережі так званого струму витоку, який може призвести, з одного боку, до спалаху (при пошкодженні електропроводки ізоляція починає сильно грітися), а з іншого – до удару струмом, якщо людина торкнеться несправного обладнання. ПЗВ завжди працює «у зв'язці» зі звичайним автоматом.
2. Диференціальний автомат з'єднує в собі функції пристрою захисного відключення та автомата, тобто він захищає систему електропроводки від перевантажень та коротких замикань, а людину – від електричних травм.

Таким чином, заземлення є металевим дротом, що йде в грунт і призначений для «витікання» струму в землю при виникненні несправності в системі електропостачання.

Що таке заземлення і навіщо воно призначене?

Заземлення - важлива частина електричної системи, проте воно потрібне далеко не скрізь. Навіщо потрібне заземлення в розетці і що воно дає – читайте у публікації.

Визначення поняття

Якщо сказати коротко і простими словами, то:

Заземлення – це пристрій, який захищає людину від ураження електричним струмом, якщо все електроустаткування з'єднане із землею. В аварійній ситуації небезпечна напруга стікає на землю.

Захист - Основне призначення заземлення. Воно полягає в підключенні додаткового, третього провідника, що заземлює, в проводку, який з'єднаний з таким пристроєм, як заземлювач. Він, у свою чергу, має добрий контакт із землею.

Заземлення буває робочим та захисним за призначенням. Робоче потрібне для нормального функціонування електроустановки, захисне потрібне для забезпечення електробезпеки (запобігання ураженню електричним струмом).

Зазвичай заземлення (заземлювач) виглядає як три електричні прути вбиті в землю, на однаковій відстані один від одного, розташовані в кутах рівностороннього трикутника. Ці прути з'єднані між собою металевою смугою. Ви могли бачити такі прути біля будинків та споруд.

Також ви могли помітити, що на стінах багатьох будівель усередині або зовні закріплені металеві смуги, іноді пофарбовані жовтими і зеленими смугами, що чергуються - це заземлююча шина, вона теж з'єднана із заземлювачем. Заземлююча шина потрібна для того, щоб не тягнути від кожної електроустановки провід заземлення.

Третій провідник зазвичай з'єднується з корпусом електричних приладів, забезпечуючи захист від появи небезпечного напруги. У кабелях він зазвичай має менший переріз, ніж сусідні «робітники» жили та інший колір ізоляції – жовто-зелений.

Вимоги до заземлення

Вимоги до захисного заземлюючого контуру полягають у наступному:

1. Заземлені повинні бути всі електроустановки, у тому числі металеві дверцята електрошаф та щитів.
2. Опір заземлювального пристрою не повинен перевищувати 4 Ом в електроустановках із заземлюючою нейтраллю.
3. Необхідно використовувати системи урівнювання потенціалів.

Ми розібралися що таке заземлення, тепер поговоримо про те, для чого воно потрібно.

Чому людину б'є струмом

Розглянемо дві типові ситуації, коли вас б'є струмом:

1. Пральна машинка справно виконувала свою роботу, а коли ви захотіли її відключити – відчули, що її корпус щипає вас. Або ще гірше, коли ви до неї торкнулися – вас серйозно «смикнуло».
2. Ви вирішили прийняти ванну, включили воду, взявшись за кран, ви відчули таку ж дію електрики – пощипування чи сильний удар.

І та й інша ситуація вирішується підключенням заземлення до корпусів приладів та всіх металевих частин у ванній кімнаті та встановленням ПЗВ чи диференціального автомата на введенні електроенергії в будинок чи групу споживачів.

Як працює заземлення

Спочатку розберемося, чому на корпусі пральної машинки або іншого електрообладнання з'явилася небезпечна напруга. Все досить просто - ізоляція провідників з якоїсь причини зіпсувалася або пошкодилася і пошкоджена ділянка стосується металевого корпусу якоїсь деталі обладнання.

Якщо у вас немає заземлення або занулення корпус пошкодженого пристрою для електричного ланцюга нічого не представляє, поки ви його не торкнетесь, звичайно. Ви підходить до приладу, стоїте на підлозі, підлога має хоч і слабкий, але якийсь контакт із землею. При дотику до корпусу струм починає протікати через вас у землю. Для протікання струму потрібна різниця потенціалів, а потенціал фазного дроту завжди більший за потенціал землі. Виходить, що ви замикаєте фазний провід на землю своїм тілом.

Для людини небезпечні навіть такі маленькі значення, як 50 мА – такий струм може призвести до фібриляції шлуночків серця та смерті.

Так ось принцип роботи заземлення полягає в наступному: до заземлювача підключаються корпуси всіх електроприладів, додатково встановлюється ПЗВ. У разі виникнення небезпечної напруги на корпусі, заземлення завжди притягує небезпечний потенціал до безпечного потенціалу землі і напруга «стікає» на заземлення.

Для чого застосовуються ПЗВ та дифавтомати

Просте заземлення пристроїв – це добре, але ще краще забезпечити додатковий захист. Для цього вигадали пристрій захисного відключення (ПЗВ) та диференціальні автомати.

Дифавтомат – це пристрій, який у своєму корпусі поєднує ПЗВ та звичайний автоматичний вимикач, так ви заощадите місце в електрощиті.

ПЗВ – реагує лише на струми витоку.Принцип його роботи такий: воно порівнює кількість струму через фазний і через нульовий провід, якщо частина струму витекла на землю, воно моментально реагує, відключаючи ланцюг. Їх відрізняють за чутливістю від 10 до 500 мА. Чим чутливіше ПЗВ, тим частіше воно спрацьовуватиме, навіть при незначних витоках, але не варто встановлювати занадто грубе ПЗВ для дому.

Принцип роботи захищеного ланцюга простою мовою:

Коли на корпус заземленого електроустаткування потрапляє фаза, між фазним проводом та корпусом починає протікати струм. Тоді ПЗВ зауважує, що по фазному проводу пройшов струм, частина струму кудись робити і по нульовому проводу повернувся менший струм, після чого цей ланцюг знеструмлюється. Так ви захищені від удару струмом.

Якщо встановити ПЗВ у двопровідному електроланцюзі без заземлювального провідника і десь з'явиться можливість витоку струму, воно спрацює тільки після того, як ви торкнетеся цього місця і струм втече на землю через вас. У такому разі ви теж будете у безпеці.

Всі дії, описані в цій статті, можна виконати і самому, але, як ми вже говорили, буде краще, якщо їх зроблять кваліфіковані електрики, які знають усі правила проведення монтажних робіт, а також техніку безпеки