Для чого потрібно заземлення, якщо і без нього все прекрасно працює? Більш того, в нормальному режимі по провіднику захисного заземлення струм взагалі не протікає.
Тут ключове слово - "захисне". Кого і від чого захищає заземлення? Воно захищає людські тіла від впливу електричного струму. А від чого захищає - від того, щоб небезпечна напруга ні в якому разі не з'явилося на тілі людини, і через людину не пішов струм.
Іншими словами, якщо фаза раптом потрапить на корпус приладу, це вже не проблема людини. Це проблема самого приладу і захисного автомата, який повинен відключити цей прилад від фазного проводу.
Чому захисний автомат відключиться? Якщо фазний провід потрапляє на захисний (заземляючий) провідник, це рівносильно короткого замикання, тобто максимально можливого струму в схемі. І автомат спрацює по електромагнітної захисту.
Тобто, струм в проводі захисного заземлення протікає тільки в момент аварії, в решту часу він марний. Тому раніше на ньому економили, і використовували двухпровідну систему живлення, в якій є тільки нуль і фаза.
Існують TN, TT і IT системи заземлення. Система TN, в свою чергу, використовується в трьох різних варіантах:
TN-C, TN-S, TN-C-S.
Перша буква говорить про спосіб заземлення джерела електричної енергії (генератора або трансформатора), а друга - споживача.
Букви ці взялися з французького, і означають: «Terre» - земля, «Neuter» - нейтраль, «Isole» - ізолювати, а також з англійської: «Combined» і «Separated» - комбінований і роздільний.
T - провід підключений до землі.
N - підключення до нейтрали.
I - ізолювання.
C - об'єднання функцій, з'єднання робочого і захисного нульових проводів.
S - роздільне використання у всій мережі робочого та захисного нульових проводів.
Системи заземлення відрізняються насамперед безпекою. Тобто, скільки шансів вижити дає людині така система після того, як на корпусі з'явилася фаза.
Виникає плутанина в термінології - одну і ту ж систему називаю і зануленням, і заземленням. Вікіпедія пропонує системи TN називати зануленням на тій підставі, що в них заземлювальний провідник PEN з'єднаний з нульовим (нейтральним) проводом джерела живлення. А вже цей провід в трансформаторі - заземлений. Заземлюється для того, щоб не було перекосу фаз.
Різниця між цими поняттями, на мою думку, дуже хитка. Виходить що заземлення потрібно для підтримання напруги на рівні потенціалу землі на провіднику PE і на всіх не струмопровідних частинах електроустановки, до яких він підключений.
А занулення потрібно для створення струму короткого замикання при замиканні фази на тих же частинах електроустановки. У підсумку, ефект може бути один - заземленні або занулені частини ніколи не опиняться під фазною напругою, і при цьому повинен спрацювати захисний автомат.
Взагалі, заземлення це більш широке поняття, ніж занулення.
Можна сказати, система захисту безпечна настільки, наскільки ця точка наближена до джерела напруги. І знову ж таки, що можна вважати споживачем - електрочайник, квартиру, багатоповерховий будинок, або район міста?
Ну а якщо фаза "пробьє" на корпус - її повинен знешкодити захисний автомат з 100% вірогідністю.
Тут важливими вважаю дві речі:
Весь метал, який не під фазою, повинен бути під одним і тим же потенціалом. І бажано, щоб цей потенціал дорівнював потенціалу землі. Це - «самий нульовий» потенціал.
І ще, в який раз повторюся. Завжди розглядається ймовірність обриву нульового робочого провідника. Справа в тому, що при такому обриві на всій схемі приладу, аж до точки обриву нуля, присутня фазна напруга. У разі дотику струм проходить через навантаження і через тіло людини. Не дивлячись на опір навантаження, цей струм залишається таким ж небезпечним, як і при дотику до на фазного проводу. Адже опір навантаження (наприклад, електропобутового приладу) завжди набагато менше опору тіла людини.
Схеми систем заземлення
Система TN-C
TN-C - стара, радянська система, коли земля просто бралася з нуля безпосередньо в самій електроустановці.
Нейтральна точка генератора або трансформатора підключена до землі (глухо заземлена). Тому нейтральна точка трансформатора має потенціал землі. А оскільки людина має теж потенціал землі, між тілом і нейтральним провідником - нульова різниця потенціалів, і дотик до нього безпечно.
Однак, не все так просто. Повторюся, що внаслідок перекосу фаз, а також падіння напруги на дроті PEN, на ньому може бути присутнім напруга, відмінне від нульового. Тому провід PEN примусово «притягують» до земляного потенціалу через деякі проміжки по ходу лінії.
Система TN-C в даний час офіційно заборонена, і може використовуватися тільки в трифазних системах, де відсутній перекіс фаз, і струм по провіднику PEN (нульовий, він же захисний) в нормальному режимі не протікає. В результаті, на цьому проводі (а значить, і на корпусі приладу) буде потенціал нуля.
Однак, в старому житловому фонді використовується повсюдно через свою дешевизну. Дешевизна системи TN-C - це її єдиний плюс. Адже перетин захисного проводу PE в однофазної мережі має дорівнювати перерізу фазного проводу. А це - подорожчання всієї електропроводки мінімум на третину.
Та й раніше, коли всю проводку робили по цій системі, практично і не існувало домашніх приладів, які мають заземлення.
Першими приладами були пральні машини, які "билися" струмом. У кращому випадку до них тягнули дріт від корпусу під'їзного щитка, в гіршому - чіпляли корпус машини на трубу водопроводу або до нульового проводу.
Потрібний ефект, звичайно, досягається, але шанси потрапити під фазну напругу значно зростають. Основна небезпека приходить від того, що можливий обрив нульового проводу, і тоді всі "занулені" прилади, і також прилади, що мають імпульсні блоки живлення, отримають на корпусах потенціал фази.
Як же захиститися від ураження електричним струмом в системі TN-C? Тут пригадується УЗО (Пристрій Захисного Відключення). Уявімо - людина торкнувся фазного проводу. Струм роздвоюється - частина (сподіваюся, більша) йде в нульовий провідник, а частина - через тіло людини на корпус.
Але правила електробезпеки забороняють застосування УЗО і причина в тому, що в даному випадку може статися те, про що я писав вище. УЗО - це комутаційний апарат, в якому може з якоїсь причини порушитися контакт PEN - провідника, і під фазну напругу потрапить весь споживач. У тому числі і корпусу, якщо вони занулені, а саме так і робиться «заземлення» в системі TN-C.
Правила також говорять, що захисний провідник (в даному випадку - PEN) ні за яких умов не повинен розриватися, і повинен бути завжди підключений до заземлюючих пристроїв.
Тому УЗО можна (і потрібно!) Застосовувати у всіх системах, крім TN-C.
Для уникнення цієї "небеспечноі" системи застосовують поділ провідника PEN на N і PE. Причому, це потрібно робити якомога далі від споживача, і як можна ближче до джерела напруги.
Таким чином, ми перейдемо на набагато більш безпечноі системи - TN-C-S, про яку я розповім трохи нижче.
На практиці суміщений провідник PEN заземляють (повторне заземлення) на вводі в будівлю, і там же поділяють на нейтральний N і захисний PE, які далі НІДЕ не повинні з'єднуватися.
Інший варіант - перехід до системи ТТ, в якій захисний провідник PE робиться на основі контуру заземлення, і ніде не підключений до комутаціі в PEN. В даному випадку PEN перетворюється в N, оскільки захисний струм ні в якому разі по ньому текти не буде.
У квартирах нуль і землю розділяти складніше. З цього приводу постійно ведуться запеклі суперечки серед електриків.
Я думаю, що тут є два прийнятні варіанти.
1. Нуль залишити як є, а провід PE взяти з магістрального PEN провідника. Нехай не з самого провідника, а з місця, куди він приєднується до корпусу поверхового щитка. Головне, щоб наші N і PE були підключені в різних точках. PE - на корпусі, N - на ізольованій від корпусу шині, на яку нулі приходить після ввідного рубильника або автомата (якщо вони є) і лічильника. До речі, так і робили в радянські часи при підключенні в квартирах електропечей.
2. Провести трьохпровідну систему (L, N, PE), але PE нікуди не підключати. В результаті ми не вносимо зміни в поверховий щиток (до речі, це заборонено!), А всі неструмопровідні частини електроприладів, металевих конструкцій, труб і т.д. ми підключаємо до цього провідника. І в межах квартири у нас все чудово. Тільки важливе зауваження - на групи розеток повинні стояти УЗО на випадок потрапляння фази на корпус в межах квартири.
Система TN-S
У назві буква третя S. Це означає, що провідники N і PE розділені (Separated) на всьому протязі від підстанції до споживача.
Ця система заземлення найбільш безпечна і краща, проте застосовується тільки в найновіших електроустановках. Ну а в основному насправді зараз застосовують систему TN-C-S. Тобто стару систему намагаються наблизити до нової, віддаляючи точку підключення N і PE від споживача і наближаючи до джерела живлення.
Система TN-С-S
Останні букви в назві означають, що провідники N і PE після підстанції з'єднані (Connected) в один провід PEN, а потім, на вводі в будинок, розділені.
При попаданні фази на корпус повинен спрацювати захисний автомат по КЗ. При торканні струмоведучих частин повинен спрацювати УЗО.
система TT
Terra - Terra. В цій системі заземлення PE підключається до контуру заземлення, і більше нікуди. Застосовується в основному в приватних будинках і тимчасових будівлях і електроустановках.
Все чудово, якщо також застосовуються УЗО від дотику до токонесущим частинам і захисні автомати від КЗ.
Але є один мінус. Якщо в інших системах своє заземлення робити не обов'язково, понадіявшись на заземлення на підстанції або на стовпах, то в даному випадку його доведеться робити. І робити дуже якісно, щоб в разі замикання КЗ на землю струм короткого замикання був достатній для спрацьовування автомата захисту.
Тобто можливий варіант, коли при КЗ на корпус потенціал корпусу залишиться близьким до нуля, все чудово. Але при цьому автомат захисту не виб'є, хоча через нього (і через проводку будинку) буде йти струм, близький до максимального! І проблема, нажаль, може підкрастися з іншого боку
система IT
Наостанок розповім про специфічну систему заземлення IT. У всіх інших системах використовуються джерела живлення (трансформатори) з глухозаземленою нейтраллю. Інакше кажучи, нульовий провідник на стороні джерела заземлений.
Однак, в системі IT джерело живлення повністю ізольований від землі - і нуль, і фаза.
В результаті по відношенню до землі потенціал відсутній. І при замиканні на землю нічого не станеться, адже струм не потече, або буде дуже малий.
Зустрічаются такі системи для живлення керуючих ланцюгів в серйозному промисловому обладнанні. Ще ця система застосовується в переносних генераторах та інших джерелах живлення, а також в медичних установах. Якщо один з контактів такого джерела не заземлений і підключити до навантаження, він буде працювати за системою IT.
Мінус такої системи - при замиканні на землю вона перетвориться в TN-C-S з поганим монтажем, і про це навіть можна не дізнатися, якщо не проконтролювати цю систему на якість.