Одна з найбільш складних і заплутаних тим в електромонтажі - занулення і заземлення. У чому їхня відмінність? Які визначення понять заземлення та занулення? Чи завжди правильно і до місця використовуються ці терміни? Спробуємо розглянути тему більш детально.

Пристрій генератора змінного струму

Рамка з витками дроту в поле магніту - найпростіший генератор змінного струму. Якщо рамку з намотаною на ній котушкою обертати, змінний магнітний потік в контурі рамки буде створювати в обмотці змінний струм синусоїдальної форми. Це найпростіший генератор змінного струму. Саме так влаштовані генератори на електростанціях. Ротор (рамка) обертається в магнітному полі статора.

Ротор приводиться в рух: потоком води в гідроелектростанціях, вітром в вітрогенератори, паровою турбіною в теплових і атомних електростанціях, двигуном внутрішнього згоряння в бензинових і дизельних генераторах. Принцип один і той же - перетворення механічної енергії обертання в змінний електричний струм. Стандартна частота змінного струму в РФ - 50 Гц. Тобто ротор генератора робить строго 50 оборотів в секунду або 3000 обертів на хвилину. Частота змінного струму підтримується з точністю ± 2%.

Багатофазні мережі змінного струму

Якщо на роторі розмістити не одну котушку, а дві або більше, ми отримаємо багатофазну мережу. Для чого вони потрібні? Багатофазні мережі можуть створювати обертається електромагнітне поле і крутити електродвигуни.

Перші електричні мережі були двофазними. На роторі двухфазного генератора до однієї обмотці додається друга, повернена на 90 градусів, тобто на чверть обороту. Струм в одній обмотці відстає від струму в інший на чверть обороту ротора або на чверть періоду синусоїди. Як кажуть, має фазовий зсув на 90 градусів.

Якщо підключити виходи фазних обмоток до двох обмоток статора двухфазного електродвигуна, також розташованим перпендикулярно один одному, а ротор якимось чином намагнітити, то ми отримаємо картину, дзеркальну того, що відбувається в генераторі - ротор приводиться в рух обертовим магнітним полем статора.

У двох котушок генератора чотири виведення, відповідно, перші двофазні мережі були чотирипровідними. Можна, звичайно, з'єднати два кінці обмоток в загальний провід, але в двофазних мережах струми різних фаз підсумовуються в загальному проводі за правилом додавання векторів, і провідник доводиться робити товщі. Великого виграшу від зменшення числа проводів не відбувається. Згодом двофазні мережі були витіснені трифазними.

Дві схеми підключення в трифазних мережах

На роторі трифазного генератора розміщені вже не дві, а три обмотки, зсунуті на третину обороту або на 120 градусів. Відповідно, і фази струмів у трифазній мережі зрушені на 120 градусів.

У трифазної мережі є дві схеми підключення генератора і навантаження при включенні зіркою кінці фазних обмоток з'єднуються в одну загальну точку - нейтраль. Кінці навантажень теж з'єднані в загальну точку.

Провід, що з'єднує загальні точки навантаження і генератора, називається нейтраллю. Провід, що з'єднують інші кінці фазних обмоток з навантаженням, називаються лінійними.

Напруга на висновках фазних котушок (фазна напруга) дорівнює 220 В. Напруга між лінійними проводами називається лінійним. У трифазної мережі воно дорівнює 380 В. При з'єднанні зіркою навантаження знаходяться під фазною напругою.

У схемі включення трикутником навантаження включаються між кінцями фазних обмоток. У схемі трикутника немає нейтрали, а лінійне напруга дорівнює фазному.

Роль нейтрального проводу в трифазних мережах

Якщо навантаження в різних фазах рівні, то таке навантаження називається симетричною. Симетричним навантаженням, наприклад, є трифазний електродвигун. При симетричному навантаженні рівні струми в нейтрали при складанні дають нуль.

Тобто при симетричному навантаженні струм в нейтралі відсутній. Нейтральний провід взагалі можна прибрати. При несиметрії навантажень відбувається так званий перекіс фаз, і потенціал нейтральної точки на навантаженні зміщується. Напруги на навантаженнях в різних фазах при відсутності нейтрального проводу стають різними. Якщо нейтральні точки навантаження і генератора з'єднані, напруги на навантаженнях залишаються рівними, але в нейтрали починає протікати компенсуючий струм.

Чим відрізняється заземлення від занулення

Заземленням називається навмисне приєднання струмопровідних частин до землі. Те, що закопується в землю, називається заземлювачем, а то, що приєднує провідні частини до заземлювача, називається заземлювачем.

Занулением називається приєднання струмопровідних частин до нейтрали. Ці два поняття постійно плутають.

Мета заземлення - зробити потенціал на корпусі приладу в разі пробою ізоляції рівним або дуже близьким до потенціалу землі. Мета занулення - створити при пробої фази на корпус струм короткого замикання настільки великий, щоб встиг швидко спрацювати автомат захисту мережі і замкнута ланцюг була знеструмлена.

Плутанина в термінах викликана тим, що в наших мережах нейтральний провід завжди заземлюється в джерелі струму. Для нас джерело - це найближча трансформаторна підстанція. У цьому випадку потенціал нейтрального проводу щодо землі близький до нуля, як при заземленні. При дотику до нейтрали пробник не світиться. Тому нейтральний провід стали називати нульовим. Насправді нейтраль заземляется не завжди, є схеми підключення і з ізольованою нейтраллю. І цілі у заземлення та занулення різні.

Згідно з правилами улаштування електроустановок споживачів (ПУЕ), в мережах з глухозаземленою нейтраллю, а це все наші розподільні мережі, основним заходом щодо захисту від ураження електричним струмом є саме занулення, а заземлення є додатковим заходом. Це означає, що занулення треба робити обов'язково, а заземлення немає.

Заземлення без занулення не забезпечує необхідної оборони.

Це пов'язано з тим, що якщо корпус приладу з'єднаний тільки з землею і не з'єднаний з нейтраллю, то при пробої на корпус аварійний струм потече до джерела через опір землі межу заземлителем і нейтраллю підстанції. Це опір набагато більше опору нейтрали. В результаті струм короткого замикання на землю буде настільки малий, що автомат захисту мережі або взагалі не помітить замикання і ланцюг залишиться під напругою, або спрацює з великою затримкою і не забезпечить захисту від ураження електричним струмом.

До появи пристроїв захисного відключення (УЗО) відключення замкнутої мережі автоматом було єдиною ефективним заходом захисту.

Схеми заземлення та занулення

Існує кілька схем підключення, яким присвоєно відповідні позначення:

  • TN-C;
  • TN-S
  • TN-CS
  • ТТ
  • IT

Перша буква в позначенні говорить про спосіб з'єднання нейтралі джерела з землею:

  • Т - заземлена;
  • I - ізольована;

Друга літера позначає приєднання корпусу електроприймача до землі або нейтрали (заземлення або занулення по-нашому):

  • T - корпус з'єднаний з землею (заземлений);
  • N - корпус з'єднаний з нейтраллю (занулений).

Всі наші розподільні мережі виконані за схемою TN Букви після ТN говорять про суміщення в одному нейтральному провідника робочого і захисного нульового проводу:

  • C - робочий N і захисний PE провідники поєднані (PEN);
  • S - робочий і захисний провідники розділені;
  • CS - від джерела йде спочатку суміщений провідник, потім розділяється.

Перший варіант - найгірший. Так виконана проводка в старих будинках.

Другий - найкращий, але зустрічається рідко на практиці, так як енергетики економлять кабель.

Третій варіант - компроміс. У наших багатоквартирних будинках введення в будинок завжди чотирьохпровідний з поєднаною нейтраллю PEN, потім від головної заземлювальної шини у ввідному пристрої PEN розділяється на N і PE.

Чим небезпечний обрив нейтрали

Як правило, підключення квартир і приватних будинків у нас однофазное. Тільки останнім часом стали виділяти по три фази на домогосподарство.

Але навіть при однофазному підключенні ми все одно підключені до трифазної мережі, тільки до різних її фазах.

Як було показано, при обриві нуля і несиметричного навантаження в трифазній мережі відбувається перекіс фаз. Залежно від ситуації, напруга в фазі може змінюватися від 0 до величини лінійної напруги 380 В з непередбачуваними наслідками. Тому електрики ретельно стежать за станом нейтрали.

У занулення за схемою TN-C пристрої при обриві нейтралі корпус приладу виявляється під лінійною напругою, хоча і не прямо, а через навантаження. У схемі TN-S такого не станеться, оскільки корпус приєднаний до окремого захисного провідника. У схемі TN-CS небезпечний обрив нейтрали до точки поділу на N і PE.

Сучасні пристрої захисту

Насправді ні заземлення, ні занулення самі по собі високого рівня захисту не забезпечують. Автомат захищає швидше дроти мережі, а не людей. Пробій ізоляції на корпус до короткого замикання малоймовірний. А погіршення ізоляції і появи струмів витоку він не відчуває.

На щастя, зараз з'явилися пристрої захисного відключення (УЗО), які виявляють дуже малі струми витоку від 10 до 30 мА і при їх появі відключають мережу. Грамотно встановлене УЗО забезпечить реальний захист від ураження електричним струмом.

Від перекосу фаз захистять пристрої контролю фаз. Ці прилади стежать за величиною фазних напруг і при їх виході за задані межі відключать мережу.

Категорія:

Будівництво та ремонт