Заземление

Заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Основной целью заземления является обеспечение электробезопасности людей и животных, защита электрооборудования от перенапряжений, а также обеспечение нормальных режимов работы электроустановок. Заземление является фундаментальным принципом в электротехнике и обязательным требованием правил устройства электроустановок (ПУЭ) в России и большинстве стран мира.

Назначение и функции

Основные функции заземления делятся на две категории: защитное и рабочее (функциональное).

Защитное заземление

Защитное заземление предназначено для защиты человека от поражения электрическим током при пробое изоляции на корпус оборудования. Если токоведущие части (например, фазный провод) оказываются в контакте с металлическим корпусом прибора, корпус приобретает опасный потенциал. При наличии заземления ток утечки уходит в землю, а потенциал корпуса снижается до безопасного значения. Кроме того, в системах с глухозаземлённой нейтралью (TN) замыкание на корпус превращается в короткое замыкание, что вызывает срабатывание автоматических выключателей или предохранителей и отключение повреждённого участка цепи.

Рабочее (функциональное) заземление

Рабочее заземление используется для обеспечения нормальной работы электроустановки. Например, заземление нейтрали трансформатора или генератора создаёт точку отсчёта напряжений в сети. Также к рабочему заземлению относят заземление опор линий электропередачи, громоотводов, устройств связи и вычислительной техники, где заземление необходимо для отвода помех и статического электричества.

История развития

Первые системы заземления появились в конце XIX века вместе с развитием электрического освещения и силовых установок. В 1880-х годах Томас Эдисон использовал трёхпроводную систему постоянного тока с заземлённой средней точкой. В 1890-х годах в Европе и США начали применять заземление нейтрали в сетях переменного тока для повышения надёжности и безопасности.

В СССР нормативы по заземлению были введены в 1930-х годах. Первые «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) 1949 года закрепили обязательность защитного заземления для всех электроустановок напряжением выше 42 В переменного тока. Современные редакции ПУЭ (7-е издание, действующее с 2003 года) и ГОСТ Р 50571 (МЭК 60364) регламентируют все аспекты устройства заземления.

Типы систем заземления

Согласно международному стандарту МЭК 60364 и российским ПУЭ, системы заземления классифицируются по двум признакам: способу заземления нейтрали источника питания и способу заземления открытых проводящих частей электроустановки. Обозначение состоит из двух-трёх букв:

• T (от лат. terra — земля) — непосредственное соединение с землёй.
• N (от англ. neutral — нейтраль) — соединение с заземлённой нейтралью источника.
• I (от англ. isolated — изолированный) — изолированная от земли нейтраль.
• C (от англ. combined — совмещённый) — совмещение нулевого рабочего и нулевого защитного проводников.
• S (от англ. separated — разделённый) — разделение нулевого рабочего и нулевого защитного проводников.

Система TN

Наиболее распространённая в России и Европе. Нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к нейтрали через нулевые защитные проводники. Подразделяется на:

• TN-C — нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники совмещены в одном проводнике (PEN). Применялась в старых зданиях (до 1990-х годов). Считается устаревшей и менее безопасной из-за риска обрыва PEN-проводника.
• TN-S — нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники разделены на всём протяжении. Наиболее безопасная и современная система.
• TN-C-S — на вводе в здание PEN-проводник разделяется на N и PE. Компромиссный вариант, широко применяемый в многоквартирных домах.

Система TT

Нейтраль источника глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены через отдельный заземлитель, электрически не связанный с нейтралью. Применяется в случаях, когда невозможно обеспечить непрерывность PEN-проводника (например, в частных домах, дачных кооперативах). Требует обязательного применения устройств защитного отключения (УЗО).

Система IT

Нейтраль источника изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены. Применяется в медицинских учреждениях (операционные, реанимации), на взрывоопасных производствах, в шахтах, где недопустимо отключение питания при первом замыкании на корпус. При первом замыкании ток мал, и установка продолжает работу, но требуется сигнализация о повреждении.

Устройство заземления

Заземляющее устройство состоит из двух основных частей: заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель

Металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном контакте с землёй. Различают:

• Естественные заземлители — металлические конструкции зданий и сооружений, железобетонные фундаменты, проложенные в земле водопроводные и другие трубы (кроме труб горючих жидкостей, газов и теплотрасс).
• Искусственные заземлители — специально забиваемые в землю стальные стержни (уголки, прутки), полосы, пластины, контуры. В частном строительстве часто применяются модульные штыревые заземлители (оцинкованные или меднёные стержни длиной 1,5–3 м, соединяемые резьбовыми муфтами).

Заземляющие проводники

Проводники, соединяющие заземлитель с заземляемыми частями электроустановки. В качестве заземляющих проводников могут использоваться стальные полосы, медные или алюминиевые жилы кабелей, металлические оболочки кабелей, строительные металлоконструкции.

Сопротивление заземления

Основной параметр, характеризующий качество заземления. Согласно ПУЭ, сопротивление заземляющего устройства для электроустановок напряжением до 1 кВ в системе TN не должно превышать 4 Ом (для сетей 380/220 В). Для установок выше 1 кВ допускаются значения до 0,5 Ом при больших токах замыкания на землю. Сопротивление зависит от удельного сопротивления грунта (глина, песок, чернозём, скальные породы), площади контакта заземлителя с грунтом и его влажности.

Монтаж и эксплуатация

Монтаж заземляющих устройств выполняется в соответствии с проектной документацией. В частном домостроении распространён контур заземления в виде треугольника или прямой линии из стальных уголков, забитых на глубину 2–3 м и соединённых стальной полосой. Проводники соединяются сваркой (для стали) или болтовыми зажимами (для меди). Все соединения должны быть защищены от коррозии.

В процессе эксплуатации заземление подлежит периодической проверке. Согласно ПУЭ, визуальный осмотр проводится не реже одного раза в 6 месяцев, а измерение сопротивления — не реже одного раза в 6 лет (для электроустановок до 1 кВ) и не реже одного раза в 3 года (для установок выше 1 кВ). Результаты заносятся в техническую документацию.

Заземление в быту

В современных жилых домах (построенных после 2003 года) обязательна система TN-S или TN-C-S с отдельным защитным проводником PE. В старых домах с системой TN-C (двухпроводная разводка) заземление корпусов бытовых приборов (стиральных машин, холодильников, компьютеров) запрещено выполнять путём соединения с нулевым рабочим проводником (так называемое «зануление» без PE) — это опасно при обрыве нуля. В таких случаях рекомендуется переход на систему TT с установкой УЗО или реконструкция внутренней сети с прокладкой отдельного PE-проводника.

Заземление и молниезащита

Заземление является неотъемлемой частью систем молниезащиты зданий. Молниеприёмник (штырь, трос, сетка) соединяется с заземлителем токоотводом. При ударе молнии ток (до 200 кА) отводится в землю, предотвращая разрушение здания и возгорание. Для молниезащиты применяются отдельные заземлители, которые могут быть объединены с заземлителями электроустановок (при условии выполнения требований ПУЭ).

Нормативные документы в РФ

Основные требования к заземлению в России установлены:

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание, глава 1.7.
• ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (МЭК 60364-5-54:2011) «Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов».
• Федеральный закон № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» (статья 25).
• СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства».

Источники

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 7-е издание. — М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003.
• ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (МЭК 60364-5-54:2011). Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов.
• Князевский Б. А., Липкин Б. Ю. Электропитание устройств связи. — М.: Связь, 1979.
• Шеховцов В. П. Справочное пособие по электрооборудованию и электроснабжению. — М.: Форум, 2011.
• IEC 60364-1:2005 Low-voltage electrical installations — Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions.