Зануление в электроустановках¶
Зануление — это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции (корпуса оборудования, металлические конструкции, кожухи). Основная цель зануления — обеспечить автоматическое отключение повреждённого участка электрической сети при появлении на нетоковедущих частях опасного потенциала.
¶Принцип действия
Принцип работы зануления основан на создании низкоомного петлевого контура «фаза — корпус — нулевой защитный проводник — нейтраль источника». При пробое изоляции между фазным проводником и корпусом оборудования возникает короткое замыкание на землю через нулевой защитный проводник. Сила тока в этой петле резко возрастает, что вызывает срабатывание защиты (предохранителя, автоматического выключателя или другого защитного аппарата) и обесточивание повреждённого участка.
Эффективность зануления зависит от полного сопротивления петли короткого замыкания «фаза — нулевой защитный проводник». Чем меньше это сопротивление, тем быстрее срабатывает защита. По нормативным требованиям в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью ток однофазного короткого замыкания должен превышать пятикратное значение номинального тока плавкой вставки предохранителя или пятикратное значение тока уставки автоматического выключателя.
¶Системы заземления и зануление
Зануление применяется в электроустановках с глухозаземлённой нейтралью (система TN). Согласно Международной электротехнической комиссии (МЭК) и Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), различают несколько систем:
| Система | Обозначение | Характеристика |
|---|---|---|
| TN-C | N и PE совмещены | Нулевой защитный и рабочий проводник объединены в один PEN на всём протяжении |
| TN-S | N и PE разделены | Отдельные нулевой рабочий и нулевой защитный проводники от источника до потребителя |
| TN-C-S | частичное разделение | PEN разделён на N и PE на определённом участке, например на вводе в здание |
В системе TN-C зануление выполнить проще всего, так как нулевой защитный проводник присутствует по умолчанию. Однако эта система наименее безопасна: при обрыве PEN проводника все корпуса оборудования, подключённые после точки обрыва, окажутся под опасным потенциалом. Системы TN-S и TN-C-S считаются более надёжными, поскольку отдельный PE проводник не несёт рабочего тока и его обрыв менее вероятен.
¶Отличие от заземления
Зануление и заземление часто путают, хотя это разные технические решения:
- Заземление — соединение корпусов с заземлителем (контуром, погружённым в грунт). При пробое изоляции ток замыкания может быть недостаточным для мгновенного срабатывания защиты, но потенциал корпуса снижается до безопасного значения.
- Зануление — соединение корпусов с нулевым проводником, возвращающимся к нейтрали источника. Задача — не ограничить потенциал, а вызвать сверхток и быстрое отключение аварийного участка.
На практике в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью применяется преимущественно зануление, а в сетях с изолированной нейтралью (система IT) — заземление. В крупных промышленных объектах нередко сочетают оба метода: зануление корпусов и отдельное заземление нейтрали или специальных точек.
¶Требования к выполнению
ПУЭ и стандарты (ГОСТ 12.1.030 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление») предъявляют к занулению ряд требований:
- Нулевой защитный проводник должен иметь надёжное механическое и электрическое соединение со всеми зануляемыми частями.
- Сопротивление петли «фаза — нулевой защитный проводник» должно обеспечивать срабатывание защиты при любых режимах сети.
- Запрещается включать в цепь зануления предохранители, выключатели и другие разъединяющие аппараты.
- В системе TN-C PEN проводник должен быть надёжно защищён от обрыва (использование кабелей с алюминиевой оболочкой, стальных труб, армированных шлангов).
- Все металлические части, подлежащие занулению, должны быть соединены между собой перемычками (шины PE), чтобы исключить разрыв цепи при повреждении одного элемента.
¶Применение
Зануление широко применяется в электроустановках до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью: в жилых зданиях, административных и промышленных объектах. В бытовой технике (холодильники, стиральные машины, электроплиты) зануление реализовано через трёхконтактные вилки и розетки — центральный контакт соединён с корпусом прибора и подключён к PE проводнику здания.
В электроустановках напряжением выше 1 кВ зануление не применяется, там используется только заземление. Также зануление не используется в сетях с изолированной нейтралью, где при первом замыкании на землю система продолжает работать, а защита действует на сигнал, а не на отключение.
¶Ограничения и недостатки
Основной недостаток зануления — зависимость его эффективности от целостности нулевого проводника. Обрыв PEN в системе TN-C приводит к тому, что все занулённые корпуса оказываются под фазным напряжением относительно земли, что создаёт повышенную опасность поражения электрическим током. По этой причине в новых нормативах предпочтение отдаётся системе TN-S с разделёнными N и PE проводниками.
Другое ограничение — невозможность применения в сетях с большой удалённостью источника или высоким сопротивлением нулевого проводника, где ток короткого замыкания может оказаться недостаточным для срабатывания защиты.
Источники:
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание
- ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление»
- МЭК 60364-5-54 «Электроустановки низковольтные. Заземляющие устройства и защитные проводники»
- О. Н. Рожкова, Л. К. Аксельрод. «Электроснабжение: Учебник для вузов»