Заземление и зануление: Различия, Назначение и Влияние на Электробезопасность

Введение

Обеспечение электробезопасности электрических систем является важным элементом современной инженерии. В этом контексте два ключевых термина — заземление и зануление. В этой статье мы рассмотрим различия этих идей, их предназначение и то, как они влияют на электрическую систему.

Определение заземления и зануления

Заземление — это процесс, при котором электрическая сеть, прибор или оборудование намеренно соединяются с конструкцией, специально закопанной в землю, с помощью нулевого проводника. Если происходит пробой, то большая часть напряжения направляется в землю. Потенциал все равно остается на корпусе, но его величина значительно уменьшается и становится безопасной для человека.

Зануление — это процесс, при котором металлический корпус электроприбора намеренно соединяется с нейтралью питающей сети, чтобы предотвратить поражение человека опасным напряжением. Когда фаза замыкается на корпус электроустановки из-за соединения с рабочим нулем, ток короткого замыкания в цепи увеличивается. В результате срабатывает автоматический выключатель, отключающий эту фазу от нагрузки.

Главное отличие между заземлением и занулением заключается в том, что в заземлении уровень безопасности достигается за счет снижения напряжения тока, что происходит очень быстро, а в занулении — за счет отключения поврежденного участка электрической сети.

Функциональные различия

Заземление и зануление играют различные роли в электрической системе.

Заземление служит для обеспечения безопасности, уменьшая напряжение тока при пробое. Это достигается путем целенаправленного соединения электрической сети, устройства или оборудования с специальной структурой, зарытой в землю, с использованием нулевого проводника.

Зануление служит для предотвращения поражения человека опасным напряжением. Это достигается путем целенаправленного соединения металлического корпуса электроустройства с нейтралью питающей сети. Когда фаза замыкается на корпус электроустановки из-за соединения с рабочим нулем, ток короткого замыкания в цепи увеличивается, что приводит к срабатыванию автоматического выключателя, отключающего эту фазу от нагрузки.

Таким образом, ключевое функциональное различие между заземлением и занулением заключается в том, что заземление обеспечивает безопасность за счет уменьшения напряжения тока, а зануление — за счет отключения поврежденного участка электрической сети. Заземление считается более безопасным и надежным, чем зануление.

Электробезопасность

Правильное использование заземления и зануления имеет большое значение для электрической безопасности электрических систем. Вот несколько важных вопросов безопасности, касающихся этих двух процедур:

1. Предотвращение поражения током:
   • Заземление: Одной из основных целей заземления является обеспечение безопасного отвода тока в землю в случае короткого замыкания или других неисправностей. Это предотвращает возможность поражения людей током и уменьшает риск электрических ударов.
   • Зануление: Создание нулевого потенциала с использованием зануления также способствует предотвращению поражения током, так как устанавливает точку отсчета, обеспечивая стабильность напряжения и уменьшая вероятность возникновения опасных потенциалов на оборудовании.
2. Эффективное заземление:
   • Заземление: Надежность заземления критически важна. Недостаточное заземление может привести к накоплению электростатических зарядов или созданию опасных напряжений на оборудовании.
   • Зануление: Правильная реализация зануления обеспечивает стабильное напряжение и устойчивость системы. Отсутствие надежного зануления может привести к повышенному риску для оборудования и персонала.
3. Соблюдение нормативов и стандартов:
   • Оба процесса, заземление и зануление, подчиняются строгим нормативам и стандартам безопасности. В различных странах принимаются нормы, регламентирующие правила выполнения этих процессов, чтобы обеспечить единые стандарты электробезопасности.
4. Регулярная проверка и обслуживание:
   • От регулярных проверок и обслуживания зависит эффективность и безопасность заземления и зануления. Дефекты в системе могут возникнуть со временем, и их своевременное обнаружение и устранение играют ключевую роль в предотвращении аварий и обеспечении электробезопасности.

Математическая составляющая

Математическая составляющая заземления и зануления включает в себя ряд формул, связанных с расчетами параметров электрических систем. Ниже приведены некоторые базовые формулы, связанные с заземлением и занулением:

Заземление:

Сопротивление заземляющего устройства:

R_з= \frac{ρ⋅L}{S}
​

где:

• Rз​ — сопротивление заземляющего устройства,
• ρ — удельное сопротивление грунта,
• L — длина заземляющего устройства,
• S — площадь поперечного сечения заземляющего устройства.

Зануление:

R_н= \frac{ρ⋅L}{S}
​

где:

• Rн​ — сопротивление нулевого провода,
• ρ — удельное сопротивление материала провода,
• L — длина провода,
• S — площадь поперечного сечения провода.

Ток нулевого провода:

I_н=  \frac{U_н}{R_н}
​
 
​

где:

• Iн​ — ток нулевого провода,
• Uн​ — напряжение на нулевом проводе.

Технические аспекты

Технические аспекты заземления и зануления включают ряд важных параметров и решений, необходимых для обеспечения безопасной и эффективной работы электрических систем. Вот некоторые технические факторы, которые следует учитывать:

Заземление:

1. Типы заземляющих устройств:
   • Заземляющие электроды (стержни, колышки).
   • Ленточные заземляющие устройства.
   • Заземляющие сети.
2. Удельное сопротивление грунта:
   • Расчет и выбор заземляющего устройства зависят от удельного сопротивления грунта. Материалы и конструкции должны обеспечивать минимальное сопротивление для эффективного отвода тока.
3. Глубина заземления:
   • Глубина заземления важна для обеспечения устойчивого контакта с землей. Глубина зависит от типа заземляющего устройства и характеристик грунта.
4. Ток от замыкания на корпус:
   • Расчет тока от замыкания на корпус помогает определить, насколько эффективно заземление справляется с коротким замыканием.
5. Использование заземляющих проводов:
   • Заземляющие провода соединяют заземляющие устройства, обеспечивая эффективный отвод тока. Размер и материал проводов должны соответствовать требованиям безопасности.

Зануление:

1. Нулевой провод:
   • Правильное подключение нулевого провода к заземлению обеспечивает точку отсчета и стабильность напряжения в системе.
2. Типы нулевых систем:
   • Зануление может быть выполнено с использованием нулевой системы TN, TT, IT в зависимости от конкретных требований и стандартов.
3. Размещение нулевой точки:
   • Определение места установки нулевой точки важно для обеспечения равновесия напряжения и предотвращения нежелательных потенциалов.
4. Контроль напряжения:
   • Контроль напряжения между фазными и нулевыми проводами необходим для обнаружения возможных неисправностей в системе.
5. Экранирование и подавление шумов:
   • Применение дополнительных технических средств, таких как экранирование и фильтры, может быть необходимо для подавления шумов и поддержания стабильности нулевого потенциала.

Технические требования к заземлению и занулению

Заземление и зануление должны быть выполнены в соответствии с указаниями, приведенными в следующих регулятивных документах:

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ)
• Технические требования к устройству электроустановок (ТРУЭ)

Эти документы устанавливают следующие технические критерии для заземления и зануления:

• Сечение проводников, используемых для заземления и нулевых защитных проводников
• Сопротивление распространения тока в земле
• Местоположение устройств, используемых для заземления
• Соединение заземляющих и нулевых защитных проводников

Спецификации и стандарты

ГОСТ 12.2.007.0-88, известный как “Система стандартов безопасности труда. Электроустановки стационарные. Часть 1. Общие требования”, представляет собой нормативный документ, который определяет общие критерии безопасности для электроустановок, включая заземление и зануление.

Согласно этому стандарту, заземление и зануление должны быть организованы таким образом, чтобы при возникновении напряжения на корпусе электроустановки ток утечки не превышал 0,4 А.

Стандарт предъявляет следующие требования к заземлению:

• Заземляющее устройство должно быть изготовлено из материалов с высокой электропроводностью.
• Заземляющее устройство должно быть надежно соединено с заземляемыми частями электроустановки.
• Заземляющее устройство должно быть защищено от коррозии.

Стандарт предъявляет следующие требования к занулению:

• Защитное зануление должно быть выполнено с помощью нулевого защитного проводника.
• Нулевой защитный проводник должен быть соединен с заземляющим устройством на вводе в электроустановку.
• Нулевой защитный проводник должен быть надежно соединен с заземляемыми частями электроустановки.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) — это регулятивный документ, который устанавливает требования к устройству и эксплуатации электроустановок.

В соответствии с ПУЭ, заземление и зануление должны быть выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.007.0-88.

ПУЭ содержит более подробные требования к заземлению и занулению, чем ГОСТ 12.2.007.0-88. Например, ПУЭ устанавливает следующие требования к заземлению:

• Заземляющее устройство должно иметь сопротивление не более 50 Ом.
• Заземляющие электроды должны быть расположены в местах с хорошим удельным сопротивлением грунта.
• Заземляющие проводники должны быть выполнены из меди или алюминия.

ПУЭ также устанавливает следующие требования к занулению:

• Защитное зануление должно быть выполнено с помощью нулевого защитного проводника, который должен иметь сечение не менее 6 мм² для медных проводников и 10 мм² для алюминиевых проводников.
• Нулевой защитный проводник должен быть окрашен в синий цвет с желто-зеленой полосой.

ГОСТ Р 50571.5.54-2013 “Электроустановки низковольтные. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Требования безопасности” — это стандарт, который устанавливает требования безопасности к электрооборудованию, в том числе к заземлению и занулению.

В соответствии с этим стандартом, заземление и зануление должны быть выполнены таким образом, чтобы в случае появления напряжения на корпусе электроустановки ток утечки был не более 0,5 А.

Требования стандарта к заземлению:

• Заземляющее устройство должно быть выполнено из материалов, обладающих высокой электропроводностью.
• Заземляющее устройство должно быть надежно соединено с заземляемыми частями электроустановки.
• Заземляющее устройство должно быть защищено от коррозии.

Требования к заземляющим проводникам

• Заземляющие проводники должны быть выполнены из меди или алюминия.
• Сечение заземляющих проводников должно быть не менее:
  • 16 мм² для медных проводников;
  • 25 мм² для алюминиевых проводников.
• Заземляющие проводники должны быть защищены от механических повреждений.

Требования к заземляющим электродам

• Заземляющие электроды должны быть расположены в местах с хорошим удельным сопротивлением грунта. Удельное сопротивление грунта — это величина, показывающая, насколько хорошо грунт проводит электрический ток. Чем меньше удельное сопротивление грунта, тем лучше он проводит ток.
• Заземляющие электроды должны быть заглублены в грунт на глубину не менее 0,5 м. При этом глубина заложения заземлителей должна быть не менее 0,8 м от уровня грунтовых вод.
• Заземляющие электроды должны быть соединены между собой проводниками. Проводники должны быть выполнены из меди или алюминия.

Требования стандарта к занулению:

• Защитное зануление должно быть выполнено с помощью нулевого защитного проводника.
• Нулевой защитный проводник должен быть соединен с заземляющим устройством на вводе в электроустановку.
• Нулевой защитный проводник должен быть надежно соединен с заземляемыми частями электроустановки.

Требования к присоединению нулевого защитного проводника

Нулевой защитный проводник должен быть надежно соединен с заземляющим устройством на вводе в электроустановку. Соединение должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением.

Нулевой защитный проводник должен быть надежно соединен с заземляемыми частями электроустановки. Соединение должно быть выполнено сваркой, болтовым соединением или пайкой.

Требования к занулению в электроустановках с разными типами сетей

В электроустановках, где нейтраль глухо заземлена, защитное зануление должно быть реализовано во всех электроустановках, которые содержат открытые проводящие элементы, доступные для прикосновения.

В электроустановках с изолированной нейтралью, защитное зануление должно быть реализовано в электроустановках, в которых присутствуют:

• стационарные электроприемники с металлическими корпусами, которые могут стать под напряжением при повреждении изоляции;
• стационарные электроприемники с металлическими корпусами, которые могут стать под напряжением в результате работы электроустановок с заземленной нейтралью.

Проверка зануления

Зануление должно проверяться на соответствие требованиям нормативных документов не реже одного раза в год. Проверка зануления должна проводиться специализированной организацией.

Дополнительные требования к заземлению и занулению

В определенных обстоятельствах к заземлению и занулению могут применяться дополнительные требования, которые определены в других регулятивных документах, таких как технические условия на электроустановки.

Ниже приведены некоторые из дополнительных требований, которые могут быть предъявлены к заземлению и занулению:

• В электроустановках с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом.
• В электроустановках с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом.
• В электроустановках с заземленной нейтралью, где используется защитное зануление, сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 100 Ом.

Спецификации и стандарты заземления и зануления определяют требования к установке и монтажу заземляющих и занулёвывающих устройств. Эти требования направлены на обеспечение безопасности людей и оборудования в случае возникновения напряжения на корпусе электроустановки.

Заземление и зануление должны регулярно проверяться на соответствие требованиям регулятивных документов, как минимум один раз в год.

Заключение

Для обеспечения безопасности и эффективности электрических систем необходимо правильное использование и понимание заземления и зануления. Таким образом, важно помнить о различиях этих идей при проектировании, установке и обслуживании электрооборудования.