Навіщо потрібно заземлення і що таке ПЗВ

Практично в будь-якому керівництві по експлуатації сучасного побутового електроприладу вказується про необхідність його заземлення. Як його заземлити? Чи можна включати без заземлення? Чи буде він при цьому нормально працювати? Можна, можливо. Буде.

Велика частина наших співвітчизників живе в будинках, де заземлення немає. А сучасна побутова техніка є у всіх. Відповідно велика частина техніки розрахованої на заземлення, досить успішно експлуатується без нього.

Навіщо потрібно заземлення?

Заземлення застосовується для захисту людини від ураження електричним струмом. При нормальній роботі електроприладу його корпус надійно ізольований від струмоведучих частин, що знаходяться під напругою. При поломці приладу ці частини можуть торкнутися корпусу і тоді він опиниться під напругою. Того, хто доторкнеться до такого приладу, вдарить струмом.

Автоматичний вимикач в даному випадку не допоможе, оскільки струму що протікає через людину буде явно недостатньо для його спрацьовування. Зате цього струму цілком вистачить для того щоб позбавити людину здоров’я і навіть життя.

Для виключення подібних ситуацій корпуси всіх електричних пристроїв, до яких може доторкнутися людина, повинні бути заземлені, тобто електрично з’єднані з землею через провідники. У цьому випадку струм з корпусу пристрою, а разом з ним і небезпечна напруга, будуть йти в землю, не завдаючи ніякої шкоди людині.

Для забезпечення такого заземлення європейці додали в електропроводку житлових приміщень заземлення. Електропроводка вийшла трехпроводною. Два дроти, як і в наших проводках – фаза і нуль, призначені для живлення електроприладів, а третій і є захисне заземлення.

Розетки такої проводки повинні мати три контакти – нульовий, фазний та заземлення. Розраховані на таку проводку побутові прилади мають трижильний шнур і вилку з трьома контактами. Дві жили шнура це фаза і нуль, а третя призначена для приєднання корпусу приладу до заземлення електропроводки. Заземлюючий контакт розетки (металеві смужки зверху і знизу) приєднується до захисного заземлення електропроводки. Контакт заземлення з’єднаний з корпусом електроприладу.

Включаючи вилку в розетку, ми з’єднуємо металевий корпус приладу з захисним заземленням. Тепер, навіть при появі напруги на корпусі приладу, весь заряд буде стікати в землю, і несправний прилад не битися струмом.

Заземлення побутової техніки можливо тільки в тому випадку якщо в будинку є контур заземлення. У будинках старої споруди, його, на жаль немає. У ті часи проводка виконувалася двожильним проводом, одна з жил була нулем, а інша фазою. Розетки і вилки теж мали по два контакти, нульовий і фазний. Ні про яке заземлення ніхто тоді не думав. Адже в той час у людей практично не було побутової техніки та в будинках цілком вистачало запобіжних пробок на шість ампер. Тобто якщо потужність всіх включених в квартирі електроприладів досягала півтора кіловат, пробки перегорали.

З розвитком техніки в оселях людей ставало все більше електричних помічників. Де то з середини шістдесятих років в будинках почали з’являтися телевізори, холодильники, пральні машини, електричні праски. Дев’яності роки принесли в наш побут комп’ютери, пральні машини-автомати, посудомийні машини, кондиціонери і т.д. Разом зі збільшенням кількості і потужності електроприладів стало збільшуватися число випадків ураження людей електричним струмом від несправних електроприладів. Цю проблему потрібно було як то вирішувати і з 1997 будівельників зобов’язали обладнати всі споруджувані будівлі захисним заземленням.

У будинках сучасної споруди вся електропроводка виконується трижильною, і проблем з експлуатацією сучасної техніки немає.

У старих будинках, з двожильний проводкою, битися струмом може навіть абсолютно справна техніка. Справа в тому, що побутові електроприлади оснащені вбудованим мережевим фільтром, що захищає електронні схеми приладу від різких стрибків напруги. Конструкція фільтра така, що він через конденсатори з’єднує нульовий і фазний провід з корпусом приладу. Якщо корпус приладу не заземлений, то на ньому з’являється напруга 110 вольт. Тобто на корпусі пральної машини, холодильника, мікрохвильової печі, комп’ютера присутня напруга 110 вольт.

Якщо ви живете в будинку зі старою проводкою без заземлення і у вас є деякі пізнання в електротехніці, спробуйте виміряти напругу на корпусі вашого комп’ютера, холодильника і пральної машини. Цілком можливо, що там буде присутня напруга 110 В. Це твердження схоже на маячню. Адже виробники чудово розуміють, що їх техніка повинна бути абсолютно безпечною для людини і ні в якому разі не нести шкоди його здоров’ю. Але далекі від нашої реальності творці імпортної техніки не уявляють, що десь вона може працювати без заземлення. Ця обставина дозволяє зрозуміти логіку виробника. Нова техніка розрахована на те, що невелика кількість струму має стікати з конденсаторів в землю через корпус приладу. Напруга 110 В з’являється на корпусі тільки в тому випадку якщо він не з’єднаний з землею.

Незважаючи на велику величину, серйозної небезпеки ця напруга не представляє. Невелика ємність конденсаторів фільтра обмежує величину струму так, що він не може завдати серйозної шкоди людині. Від нього можна лише отримати неприємний удар струмом якщо одночасно торкнутися корпусу, що знаходиться під напругою і будь-якого заземленого предмета, наприклад батареї або водопровідного крана. Хоча спеціально робити цього не варто, благополучний результат такого експерименту не може гарантувати ніхто.

Набагато гірша ситуація коли через поломку приладу його корпус з’єднується з живильним проводом. У цьому випадку на корпусі приладу виявиться 220 В і величина струму вже не буде обмежуватися конденсаторами мережевого фільтра. Дотик до такого приладу може, при несприятливому збігу обставин привести до смерті.

Незважаючи на те, що несправні побутові прилади можуть бути джерелом серйозної небезпеки, велика частина населення нашої країни живе в будинках без заземлення і навіть не підозрює про небезпеку. Практично кожного з нас било струмом, але мало кому довелося пережити серйозні електро травми. Чим же пояснюється така вибірковість струму? Чому одних він калічить і вбиває, а інших лише злегка клацає?

Дія струму на організм людини визначається його величиною. Людина здатна відчути струм величиною в один міліампер. Струм величиною від одного до десяти міліампер викликає у людини хворобливі відчуття. Струм вище десяти міліампер викликає судорожне скорочення м’язів, в результаті чого людина не може самостійно розтиснути руку, щоб розірвати контакт з розташованої під напругою струмонесучої частиною. При струмі понад сорока міліампер настає параліч дихання, і порушення роботи серця. Струм величиною в сто міліампер призводить до зупинки серця і смерті.

Величина струму, що протікає через тіло людини залежить від величини прикладеної до нього напруги і від опору ланцюга, по якій проходить струм. Для того щоб зрозуміти, чому при одної і тої ж напрузі, струм в одному випадку може лише викликати у людини неприємні відчуття, не заподіявши йому при цьому ніякої шкоди, а в іншому вбити, необхідно усвідомити, що таке струмовий ланцюг і як він створюється.

Струмовий ланцюг це шлях проходження струму і цей шлях завжди замкнутий. Струм в наш будинок приходить з трансформаторної підстанції по фазному проводу, після чого повертається на цю ж підстанцію по нульовому проводу. Причому скільки струму прийшло з підстанції в будинок, стільки ж має повернутися з будинку на підстанцію, не більше і не менше.

Струм не обов’язково повертається на підстанцію тільки по нульовому проводу. При пошкодженні ізоляції можливий витік струму в землю. У цьому випадку частина струму буде повертатися на підстанцію по землі, а частина по нульовому проводу. Але і в цьому випадку повний струм, який повернувся на підстанцію, буде дорівнює струму, що йде від підстанції до споживача.

Якщо з якихось причин повернення струму на підстанцію неможливо, наприклад, відгоріл нульовий провід у підстанції, то струму в будинках споживача не буде. У розетках буде напруга, причому як в фазному, так і нульовому контактах з 220 вольт, але струм через прилади не піде і вони працювати не будуть.

Чому в будинках не можна виконувати занулення?

До речі цей випадок наочно показує, чому в будинках не можна виконувати занулення, тобто приєднувати корпуси приладів до нульового проводу, як це іноді роблять горе-електрики в будинках де немає заземлення. Дійсно, поки все працює нормально, немає великої різниці до нульового або заземлювального проводу приєднані корпуси електроприладів. Але при відгоранні нульового проводу на ньому, а отже і на всіх приєднаних до нульового проводу приладах, з’явиться напруга 220 В. Те ж саме станеться, якщо при ремонті розподільного щитка електрик переплутає нульовий провід з фазним. В цьому випадку корпуси приладів будуть приєднаними ні до нульового, а до фазного проводу і на них теж буде присутня напруга 220 В.

Отже, струмовий ланцюг це шлях струму від підстанції до споживача і назад від споживача до підстанції. Якщо в якомусь місці він порушений, струму в ланцюзі не буде. Птахів, що сидять на проводах не б’є струмом тільки тому, що немає ланцюга для проходження струму. Електрика, що стоїть на гумовому килимку не б’є струмом, тому що килимок перешкоджає струму повернутися на підстанцію по ланцюгу: фазний провід -> електрик -> земля -> підстанція. Ось і причина того чому при одній і тій же напрузі струм може лише злегка щіпнуть людини, а може і вбити. Все залежить від того чи є у нього надійний шлях для повернення на трансформаторну підстанцію чи ні. Якщо є, то людині яка попала під дію струму мало не здасться.

В інтернеті описаний трагічний випадок, що стався з хлопчиком, який захотів зробити уроки в вечірньому саду. Він взяв включену в мережу настільну лампу з подовжувачем і почав виносити її з дому. Лампа була несправна – знаходиться під напругою фазний провід стосувався корпусу лампи. Хлопчик тримав у руках корпус лампи, що знаходиться під напругою, але струмом його не било. Суха дерев’яна підлога заважала току повернутися до підстанції. Як тільки хлопчик зійшов з ганку і наступив на землю, створився замкнутий струмовий ланцюг: трансформаторна підстанція -> фазний провід -> настільна лампа -> людина -> земля -> знову трансформаторна підстанція і хлопчик був убитий струмом. Трагедії могло не бути. Якби лампа, подовжувач і проводка в будинку були заземлені, то струм з корпусу лампи витікав би через заземлення, не завдаючи шкоди хлопчикові.

Якщо в будинку немає можливості встановити заземлення, то хоча б слід пам’ятати що у струму не повинно бути можливості повернутися на підстанцію через землю. Тільки по спеціально призначеному для цього нульовому проводу. Ні в якому разі не можна одночасно торкатися електроприладів і заземлених частин, таких як батареї, водопровідні труби і т.п., щоб не дати току можливість пройти через вас в землю і повернутися до підстанції. Якщо в приміщенні сира підлога, то бажано щоб на вас було взуття з непромокальною підошвою, яка стане перепоною між вами і підлогою, в разі якщо ви випадково потрапите під напругу.

Що таке ПЗВ?

Якщо вас не влаштовують такі способи забезпечення електробезпеки, а встановити заземлення не представляється можливим, то є ще один потужний засіб здатний надійно убезпечити вас від травматичної дії електричного струму. Це пристрій захисного відключення, більше відоме під абревіатурою ПЗВ. Він порівнює струм фази зі струмом нуля. Якщо струм в фазному дроті, хоча б трохи більше струму в нульовому проводі, значить, існує витік і частина струму повертається на підстанцію через землю. В цьому випадку ПЗВ миттєво відключить лінію і якщо причиною витоку буде людина, через яку струм витікає в землю, то з нею не станеться нічого страшного. ПЗВ встигне відключити струм до того як він встигне нашкодити людині. Хоча нещасні випадки за участю електричного струму в домашніх умовах дуже рідкісні, не варто економити на подібних пристроях. Адже життя людини занадто дороге, щоб нехтувати подібної небезпекою.

Захисне заземлення та занулення

Електрифікація стала важливою складовою технічного прогресу, але велика сила, прихована в електриці, становить небезпеку для людини. Багато електроприладів мають металеві корпуси, на які внаслідок пошкодження ізоляції чи в процесі експлуатації може потрапляти напруга живлення, що становить небезпеку для користувача. З точки зору фізики, достатньо з’єднати металеві частини з тілом з нульовим потенціалом, щоб аварійний струм повністю перетікав туди, а не через тіло людини. Очевидно, що це може бути земля (як тіло з величезною електричною ємністю), а також “нульовий” провід мережі, напруга на якому, за визначенням, рівна нулю. Здається, немає різниці, але це тільки на перший погляд.

Що таке захисне заземлення? Цей термін застосовується для опису з’єднання із землею з метою безпеки. Еквівалентом може бути нетоковедущая металева частина, яка, у свою чергу, ймовірно потрапить під напругу. Принцип дії ґрунтується на зменшенні напруги до безпечних величин за рахунок “догляду” струму в землю. Отже, електричний струм, що проходить через тіло людини, розсіюється і розподіляється між заземлювачем і, власне, самою людиною, в рази знижуючи ризик смертельного результату.

А все тому, що заземлювач має опір, що становить не більше 10 Ом, і воно багаторазово поступається опору людського тіла, яке становить 1000 Ом, в результаті струм, що проходить через людське тіло, буде малим і не викличе серйозних наслідків. Левова частка струму піде через заземлювач по ланцюгу. У мережах з ізольованою нейтраллю при напрузі електроустановки до 1000, щоб створити адекватне, робоче заземлення, опір заземлювача повинен становити до 4 Ом.

Багатоповерхові будинки в межах міської забудови зазвичай мають централізоване заземлення. Це дозволяє підключати до мережі електроприлади з повною впевненістю. Коли мова заходить про приватний сектор дещо інакше – тут потрібно буде діяти самостійно, або залучати фахівців. Але навіть якщо ви вирішите діяти самостійно, організувати заземлення можна без особливих проблем використовуючи спеціальні комплекти або – придатний для цього металопрокат.

Якщо напруга потрапляє на корпус, внаслідок малого опору заземлення виникає коротке замикання, яке призводить до спрацювання захисних приладів (автоматичних вимикачів або плавких запобіжників). Для функціонування заземлення необхідна наявність окремого заземлюючого провідника в будинковій мережі.

Найчастіше, застосовуючи термін “заземлення”, можна почути також термін “занулення”. В цілому, обидва ці поняття означають те саме – захист людини від поразки струмом, але спосіб виконання даного завдання відрізняється.

Занулення означає, що з нейтраллю джерела струму (трансформатора чи генератора), створюється електричне з’єднання металевих неструмоведучих елементів електроустановок, які можуть бути під напругою. Захисний механізм занулення, при цьому, заснований на тому, що при пошкодженні ізоляції (що призводить до короткого замикання та спрацювання захисного автоматичного вимикача або плавкого запобіжника). У промисловості даний метод використовується в переважній більшості випадків, оскільки передбачає швидке відключення електропостачання у разі аварії.

Також занулення широко використовується для захисту висотних будинків, де немає можливості провести якісне заземлення, а також в старій забудові, де заземлення просто ніхто ніколи не створював. Для захисту використовують додатковий, третій провід, який не можна з’єднувати з робочою нейтраллю, тобто не можна просто з’єднати перемичкою нульову і заземлюючу клему розетки. Захисне занулення також повинне оминати комутуючі пристрої (автомати, ПЗВ, дифавтомати тощо). Таким чином, виграшу по вартості проводки не вийде, все одно потрібно прокладати трижильний кабель до розеток.

Тепер, коли ми з’ясували відмінності, можна визначитися з областю використання і перевагами обох систем захисту.

Область застосування

Заземлення ЗАВЖДИ забезпечує нульове значення напруги на неструмоведучих металевих частинах побутових приладів, в умовах житлового будівництва не потребує значних капіталовкладень, може об’єднуватися із системами захисту від перенапруги, має великий термін служби (навіть не дивлячись на вуличне місце розташування, тому що через нього в нормальних умовах струм не тече) і значно надійніше, ніж занулення.

Занулення використовується перш за все в промисловості, висотних будинках, де забезпечити надійне заземлення буває дорого й складно, а також в старій забудові.

Існує цілий список застережень, чому не можна використовувати занулення.

Заборонено використовувати нульовий провід двопровідної системи в якості захисного (наприклад, використовуючи перемичку між нульовою і заземлюючою клемами в розетці).

По-перше, такі жили не завжди відрізняються кольором ізоляції, тому існує велика ймовірність переплутати фазний і нульовий провід, внаслідок чого на корпус електроприладу потрапляє фазна напруга.

По-друге, якщо нульовий провід в розетці відгорить (відпаде, відламається), через перемичку на корпус приладу знову ж таки потрапляє фазна напруга.

Наостанок слід зазначити, що в обох випадках йдеться про захист тільки побутових приладів. Якщо відбудеться контакт з оголеним фазним поводом стаціонарної проводки, це призведе до ураження струмом незалежно від того, застосовується в будинку занулення чи заземлення. Крім того, в багатьох випадках пошкодження ізоляції не призводить до короткого замикання, але на корпусі з’являється напруга достатня для того, щоб завдати шкоди здоров’ю користувача. Тому для повного захисту поряд з автоматичними вимикачами (плавкими запобіжниками) слід використовувати пристрої захисного відключення (диференційні реле або диференційні автомати).

Заземлення нульового проводу

Дуже часто питають, чи треба встановлювати перемички між ГЗШ (головною заземлюючою шиною) і нульовою робочої шиною? Другий поширений питання: якщо немає заземлення, можна використовувати занулення (тобто, зробити перемичку в розетки з нульового проводу на заземлюючий контакт)? Сьогодні ми подивимося і розглянемо, що можна, а що не можна.

Основним документом, звичайно ж, можна назвати главу 1.7 з «біблії» електрика ПУЕ. З усієї глави нам потрібно кілька пунктів:

Ну а тепер переведемо це на більш зрозумілу мову. В першу чергу зупинимося на тому, що система TN-S, коли використовується пятипроводная система (тобто нульовий і заземлюючі провідники розділені на всьому протязі лінії) від підстанції до споживача практично використовується настільки рідко, що за 10 років практики я її ще не зустрічав. Саме про це і говорить пункт 1.7.57. А, значить, залишається система TN-C, коли заземлюючий і нульовий робочий провідник об’єднані в один провід, тобто, по суті, є одним проводом, виконує дві функції. Може використовуватися система TN-C-S – в такому разі, що в якомусь місці цей загальний провід поділяється на нульовий захисний і в цьому випадку вже не можна їх об’єднувати в будь-якому іншому ділянці ланцюга. Це говорить про те, що якщо ви прийняли рішення розділити PEN-провідника на РЕ-і N-провідники, то далі знову в PEN-провідник їх не можна об’єднувати.

Повторне заземлення нульового проводу. Заземлення нульового проводу на опори
Йдемо далі. Пункт 1.7.35 дає визначення нульового проводу і там же чорним по білому прописано, що нульовий провід в мережах з глухозаземленою нейтраллю з’єднаний з заземленням вже на підстанції. А пункт 1.7.102 наказує заземлення через кожні 200 метрів (а іноді й частіше, якщо потрібна додаткова захист від блискавок).
Заземлення нульового проводу на вводі
Ну і нарешті, важливе для всіх питання, треба заземлювати головну заземлюючу шину і нульовий провід. На це питання є рекомендація в ПУЕ 1.7.61. Цим пунктом переслідується як мінім дві мети:

Ну і є ще одна захист від дурня, можна сказати так, або від несприятливих погодних умовах. У моїй практиці зустрічалося таке, що нульовий провід раптом став фазним і в будинку з однофазною мережею замість 220 вольт раптово виявилося 380 вольт. Якби в будинку було заземлення, то виникло б замикання на землю (в нашому випадку це можна визнати коротким замиканням) яке викликало б протікання надструмів через автомат і сталося б спрацьовування розчеплювача автомата. І багато пристрою залишилися б живі.

І останнє питання, дуже часто з’являється на просторах інтернету: чи можна в розетці в якості заземлення перемичку використовувати від нульового проводу на заземлюючий контакт. Адже, здавалося б, ми вже розглянули всі ці варіанти і з’ясували, що нульовий провід вже заземлений. Але так робити не можна. Є дві небезпечні ситуації. Обрив нульового проводу (я вже писав вище про таке явище). І добре б якщо обрив, але з нього може прийти інша фаза, а значить на корпусі ми отримаємо 220 вольт небезпечної напруги. А може бути і так. Прийшов електрик, зробив якісь ремонтні роботи і випадково поміняв місцями фазу і нуль. Що ви отримаєте в квартирі? Знову ж 220 вольт на корпусах всіх заземлених подібним родом пристроїв, а це, як правило: холодильники, мікрохвильові печі, плити, пральні і посудомийні машини, електрообігрівачі в металевому корпусі, системні блоки комп’ютерів, праски та інша побутова техніка. На мій погляд, абсолютно безглуздо так ризикувати життям. Вже краще тоді зовсім не заземлювати, ніж заземлювати таким чином. Але краще протягнути дріт від щита в під’їзді (який зазвичай заземлений) і третім проводом, окремим, не стикаються з нулем заземлити необхідне обладнання.

Сподіваюся, я відповів на більшість ваших питань. Ну а якщо ні, не соромтеся, запитуйте в коментарях.