Глухозаземленная нейтраль: принцип действия и особенности эксплуатации

Содержание

1 Механизм действия
2 Требования ПУЭ
3 Плюсы и минусы схем
4 Другие меры защиты
5 Видео про системы заземления

Глухозаземленная нейтраль предназначена для защиты от поражения человека электрическим током. При возникновении аварийной ситуации происходит выравнивание потенциалов, прикосновение к поверхности корпуса оборудования будет безопасным. Так как одновременно возрастает сила тока, быстро сработает установленное в цепи устройство защитного отключения.

Плакат по электробезопасности «Установки с глухозаземленной нейтралью»

Для правильного использования такого механизма на практике необходимо знать и применять нормы действующего законодательства в области обеспечения электробезопасности. Они содержатся в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ, в дальнейшем именуемые «Правила»), которые утверждены Министерством энергетики России в приказе от 08. 07. 2002 г. В настоящее время актуальной является седьмая версия этого документа.

Механизм действия

В соответствии с Правилами этим термином называют электрическое соединение нейтрали генератора (трансформатора) с устройством заземления. К примеру, трехпроводная сеть прокладывается от источника питания в жилой дом. Нейтраль через шкаф ввода распределяется по щиткам. К ней подключаются контуры заземления потребителей. В этих цепях недопустим монтаж плавких предохранителей, иного устройства, способного нарушить целостность цепи.

Рабочий ноль – это другой проводник. Между ним и третьим проводом возникает напряжение фазы, которое используется стиральными машинами, микроволновыми печами и другим оборудованием.

Пример аварийной ситуации. Под воздействием вибрации внутри техники отсоединился от штатного места крепления фазный провод, произошло его прикосновение к металлическому корпусу. Возникнет короткое замыкание, резко возрастет сила тока. Автоматический выключатель или плавкая вставка выполнит свою функцию, питание будет отключено.

Сопротивление R0 будет меньше, чем по пути прохождения тока через тело человека, случайно дотронувшегося до фазного провода, что исключает поражение током (рис. ниже). На этой схеме представлен вариант заземления нейтрали генератора.

Схема глухозаземленной нейтрали

Чтобы такая схема сработала быстро и эффективно, необходимо соблюдать положения норм Правил. В соответствии с ними должна создаваться качественная защищенная сеть.

Требования ПУЭ

Необходимые сведения находятся в отдельной главе 1.7 Правил. Там отмечено, что отдельные нормы применяются по отношению к электрическим установкам до и свыше одной тысячи вольт. Далее стоит подробнее рассмотреть бытовую сеть с напряжением 220 V.

Здесь используется однофазный источник тока. Заземлитель подсоединяется к одному из электрических выводов данного устройства с помощью специального проводника. Чтобы сократить путь прохождения тока и снизить затраты, выбирают место поблизости от генерирующего оборудования (трансформатора).

Обязательно надо учитывать следующее ограничение. Если в качестве заземлителя используется имеющийся фундамент, то к металлической арматуре в бетонном основании выполняют подключение не менее чем в двух точках.

Аналогичное количество подсоединений делают к металлическим каркасам, установленным в глубине земли. Только так система заземления будет работать эффективно и достаточно надежно.

Если источником питания устройства являются трансформаторы, расположенные на разных этажах строения, то подсоединение к нейтрали выполняется с помощью отдельного проводника. Его подключают дополнительно к металлическому каркасу здания.

При расчете электрических параметров обязательно учитывают соответствующее сопротивление.

Подключать заземление разрешается к металлическому каркасу здания

В первом и во втором вариантах из цепи исключают плавкие вставки и другие элементы, способные нарушить ее целостность. Принимают дополнительные меры, препятствующие случайным или намеренным повреждениям с применением механических воздействий.

Другие ограничения, отмеченные в Правилах:

Если в шине PEN (общие нулевые проводники, рабочий и защитный) стоит токовый трансформатор, то проводник заземлителя крепится непосредственно за этим устройством, к нейтрали.

Электрическое сопротивление устройства заземления в однофазной сети 220V ограничено максимальным значением 4 Ом (п. 1.7.104. Правил). Исключением являются особые характеристики земли, создающие высокое сопротивление (удельная величина, более 100 Ом на 1 м.).

Если имеются воздушные линии электропередач, то на вводных и концевых частях устанавливаются дублирующие заземлители. Это позволяет защитной системе работать эффективно. Но такое правило применяют только тогда, когда нет необходимости в установке большего количества устройств, способных устранить чрезмерные напряжения в сети при ударах молний.

Чтобы не ошибиться, надо использовать нормативы по минимально допустимым размерам и материалам проводников, использующихся для систем заземления (повторного типа), проложенных в земле. Так, например, если применяется уголок из черной стали, толщина стенки должна составлять 4 мм или более. Регламентируется общая площадь поперечного сечения для заземляющих проводников, которые подсоединяются к главной шине (п. 1.7.117 Правил):

75 мм2, если используется сталь;
16 мм2 – алюминий;
10 мм2 – медь.

Автомат, который устанавливается для защиты схемы TN, должен обладать быстродействием по короткому замыканию не менее 0,4 секунды при напряжении 220 V.

Если изучить другие виды сетей, то можно выяснить, что при повышении номинального напряжения, разрешенное электрическое сопротивление устройства заземления должно быть ниже. Такое требование разумно, ведь главным является обеспечение хорошего уровня безопасности. При меньшем сопротивлении в случае аварии на заземленном корпусе образуется относительно небольшой потенциал, система защиты выполнит свою функцию достаточно эффективно.

Подобные рассуждения можно использовать и при изучении работы защитных устройств. Если возник соответствующий разряд, то в сети должны образоваться существенные изменения. При повышении напряжения потребляемой мощности и низком рабочем электрическом сопротивлении требования к заземлению строже. Чрезмерное сопротивление этой цепи способно снизить амплитуду колебаний в сети, автоматы не смогут сработать достаточно быстро либо вовсе не отключат питание.

Автоматы выбирают с учетом параметров сети

Теперь стоит перейти к бытовой сети 220 V и пункту 7.1.36. Правил. В нем определена необходимость прокладки сетей от общих щитков к устройствам потребителей тремя проводами (одним фазным, нулевыми рабочим и защитным). Последний – это и есть глухозаземленная нейтраль. Между тем, если провести эксперимент и взглянуть на собственные розетки в квартире, то многие люди заметят там отсутствие такого контакта.

Дело в том, что старые нормативы, по которым построены многие отечественные строения, рассчитаны на относительно небольшие мощности. В настоящее время они существенно выросли. Оснащение кондиционерами трехкомнатной квартиры подразумевает использование в пиковых нагрузках до 6-7 кВт. Около 3 кВт потребляет духовой шкаф, 1,5-2 кВт – варочная панель.

Для эффективной защиты в таких условиях заземление требуется. В новых качественных домах оно монтируется стандартно. В старых квартирах внимательные хозяева устанавливают его при выполнении капитальных ремонтов. При определении параметров проводки используют нормативы Правил для проводников, изготовленных из разных металлов (п. 7.1.45).

Плюсы и минусы схем

Внимательное изучение описания этой схемы позволяет понять, что она выполняет свои функции эффективно при уровне номинального напряжения между фазой и нейтралью. С ее помощью обеспечивается быстрое срабатывание типовых устройств защиты от перегрузок. При коротком замыкании образуются мощные электромагнитные колебания, способные стать причиной дополнительных аварий и разрушений.

Другие меры защиты

Чтобы предотвратить поражение током, применяют не только заземление нейтрали. Части оборудования, проводники, покрываются дополнительными слоями изоляции. Специальными оболочками не допускается прикосновение непосредственно к ним. Используют низкие напряжения, не способные причинить вреда. Промышленные установки ограждаются специальными барьерами, размещаются вне зоны свободного доступа посторонних лиц.

В быту используют отдельные и комплексные методики, можно рассмотреть их на примере стиральной машины:

корпус и металлический каркас соединяются с третьим проводом, подключаются через розетку к заземленной нейтрали.
изолированная толстым слоем краски поверхность не проводит ток.
На рисунке ниже видно, что непосредственно сама стиральная машина не оснащается особым образом. В шнуре питания есть проводник, который при включении в розетку соединяется с линией заземления. При возникновении короткого замыкания сработают защитные устройства и отключат подачу напряжения.

Правильное подключение к сети стиральной машины

чтобы уменьшить вероятность поражения электричеством, из пластика создают ручки управления, угловые части конструкции, на которых могут быть видны оголенные металлические элементы.

Видео про системы заземления

В данном видео доступно описание систем заземления, установленных Правилами устройства электроустановок.

Если упомянутые выше Правила соблюдать, то созданная система защиты будет выполнять свои функции эффективно и достаточно быстро.