Заземление и зануление: разбираемся в чем разница

Если энергоснабжение в помещении организовано в соответствии с ПУЭ, на входе, в распределительном щитке установлены защитные автоматы.

Эти выключатели срабатывают при превышении установленной силы тока: нагревается биметаллическая пластина, происходит ее деформация, и контакты автомата механически размыкаются.

Важно! Именно для этого, автоматы устанавливаются в разрыв фазного проводника. Нулевая шина может быть подключена напрямую.

Происходит разрыв цепи, находящейся под напряжением, электроустановка (или вся цепь) обесточивается, обеспечивая безопасность. Как это работает на практике, и что такое заземление в данной цепочке?

Заземление, это электрический контакт между линией, специально выделенной в электросети, и реальной (физической) землей. То есть шина заземления имеет электрический контакт с грунтом. Одновременно, любая установка, вырабатывающая или распределяющая электрический ток, соединена нулевым проводом с той же землей.

Мы с вами рассматриваем однофазные сети, в которых для питания используются две линии: ноль и фаза. Трехфазные системы в быту применяются редко, поэтому знание этих систем необходимо лишь профессионалам.

Даже если к вам в дом заведено три фазы (такое встречается в частном секторе), для конечного потребления все равно используется два провода: ноль и фаза.

Допустим, у вашей электроустановки (холодильник, бойлер, стиральная машина), особенно с металлическим корпусом, произошла утечка фазы. То есть, провод под напряжением касается корпуса (отсоединился контакт, нарушена изоляция, протекла вода). Прикоснувшись к электроприбору, вы будете поражены электрическим током. Кроме того, сопротивление в точке касания мизерное, вследствие чего произойдет мгновенный нагрев провода, и возгорание электроприбора.

Если ваш бойлер заземлен, электрический ток потечет по пути наименьшего сопротивления, то есть по контуру: фаза — «земля» — нулевая шина. Сила тока спонтанно возрастет, и сработает аварийное отключение в автомате защиты. Никто не пострадает, материальный ущерб не будет нанесен.

Если вы имеете поверхностные знания устройства электроустановок, возникает вопрос: а зачем нужно заземление, если то же самое произойдет между фазным и нулевым проводом? И собственно, чем отличается заземление от зануления?

Заземление, зануление и нейтраль

Перечисленные выше способы получения электрического нуля используются в трех разных целях:

1. Обеспечение безопасности людей.
2. Защиты электроустановок.
3. Обеспечение нормальной работы электроустановок.

Заземление

Это система, состоящая из заземлителя – любой металлической детали, имеющей непосредственный контакт большой площади с физической землей, а также соединительного проводника, передающего условно нулевой потенциал на детали электроустановки, которые не имеют непосредственного контакта с токоведущими частями. Последний в электротехнике называется «нулевой защитный проводник», на схемах он обозначается литерами РЕ.

Применяется исключительно для защиты людей от поражения электрическим током за счет свойства, который имеет электрический заряд. Он распространяется только по пути наименьшего сопротивления. У защитного проводника и заземлителя оно не превышает единиц Ом, а тело человека, даже по кратчайшему пути прохождения тока, имеет электрическое сопротивление 1 кОм.

Используется в линиях напряжением до 1 тыс. вольт, подключенных к силовым трансформаторам по схеме глухозаземленной нейтрали – выходные обмотки соединены звездой, а общая точка (N) дополнительно подключена к заземлителю.

Защитные проводники подключаются только к корпусам однофазных электроприборов.

Нейтраль и рабочее заземление

Нейтраль – это проводник, являющийся общим для трех обмоток (схема «звезда») на выходе силового трансформатора. Разность потенциалов между ним и фазным проводником равна 220 вольт. На схеме обозначается буквой N.

В однофазной сети переменного тока нейтраль используется для обеспечения работы электроустановок. Она делает цепь замкнутой, по ней течет ток. Второе ее предназначение – защита техники. При пробое изоляции или случайном касании проводников происходит короткое замыкание – мгновенное возрастание силы тока в десятки и сотни раз, что приводит к срабатыванию приборов защиты. Например, автоматических выключателей.

То, что по ней протекает ток, позволяет косвенно использовать её и для защиты людей. Для этого в схему питания электроустановки включается УЗО, работающее на принципе измерения разницы токов в фазном и нейтральном проводнике (дифференциальный трансформатор). Если человек прикасается к токоведущим частям, заряд уходит через него на землю, поскольку общее электрическое сопротивление тела меньше, чем электроустановки.

Баланс токов нарушается и УЗО отключает питание. То же самое происходит, если в результате пробоя изоляции фаза оказывается на корпусе прибора, к которому подключен защитный заземляющий проводник РЕ. В последнем случае вероятность электрической травмы существенно снижается или исключается полностью. Подробнее об устройстве и принципе работы УЗО читайте здесь, а о правильных способах подключения тут.

ВНИМАНИЕ! Категорически нельзя объединять проводники, обозначенные на схемах литерами PE и N, ведь у них разные задачи!

Ярким примером того, что между нейтралью и заземлением есть разность потенциалов, является схема подключения автомобильного генератора. По своей физической сущности он является трехфазной машиной переменного тока, статорные обмотки которого соединены звездой.

К выводу их общей точки подключается якорь реле, которое гасит лампочку «заряд» на панели приборов, после того, как генератор начинает вырабатывать ток. Происходит это потому, что между нейтралью и корпусом автомобиля возникает разность потенциалов, равная пяти вольтам.

Рабочее заземление на массу в сетях переменного тока напряжением свыше 127 вольт применяется только при выполнении специальных работ. Например, сварочных, когда требуется поджечь электрическую дугу. И является основным способом обеспечения функционирования установок постоянного тока, если соединение с физической землей невозможно.

На этом принципе построена электрическая схема автомобиля. Минусовая клемма аккумулятора замыкается на кузов, чем обеспечивается необходимая разность потенциалов.

Зануление

При подключении трехфазных электроустановок нередко возникает вопрос: «Зачем в кабеле четвертый, нулевой, провод, если напряжение 220 вольт не используется?» Эта жила может играть две роли:

1. Защитного проводника PE при отсутствии общей точки подключения трансформаторов (схема «треугольник»).
2. Технической нейтрали N, если выходные обмотки трансформатора соединены звездой.

В последнем случае нулевой провод подключается к металлическому корпусу электроустановки. Это и называется занулением. Оно предназначено лишь для защиты электротехники. Причем исключительно трехфазной и особенно той, которая из-за особенностей конструкции не имеет надежного соединения с физической землей.

Например, передвижных генераторов, ленточных пилорам с перемещаемым рабочим органом. Рабочий персонал зануление от электротравмы не спасает, поскольку между нейтралью и физической землей всегда существует разница потенциалов.

Заземление и нейтраль – это проводники, условно имеющие потенциал, равный нулю. При общем сходстве они выполняют разные задачи. Первый защищает человека от электротравмы. Второй обеспечивает работу электроустановки. Поэтому их нельзя объединять или подменять одно другим.

Системы заземления

В соответствии с пунктом 1.7.3 ПУЭ 7 при применении электрооборудования, рассчитанного на напряжение до 1 кВ, применяются способы заземления:

• TN — ноль источника питания (от подстанции или генератора) глухо соединён с землей;
• TN-С — TN, где защитный (PE) и рабочий (N) нулевые провода совмещены в одном PEN-проводнике;
• TN-S — TN, где PE и N нулевые провода разделены на протяжении всей линии от подстанции;
• TN-C-S — TN, где PE и N разделены на определенном участке цепи, а от подстанции до этого участка они объединены;
• ТТ – ноль от подстанции глухо заземлён, а незащищенные электропроводящие конструкции электрооборудования соединены с заземляющим устройством, не связанным с глухозаземленным нулем от подстанции;
• IT — ноль изолирован от земли или соединен с землей через большое сопротивление, а незащищенные металлические конструкции электрооборудования соединены с землей.

Расшифровка символов, первый из которых обозначает положение нуля блока электроснабжения по отношению к земле:

• Т – заземлённый ноль (нейтраль);
• I – изолированная нейтраль.

Второй символ – положение незащищенных металлических конструкций по расположению к земле:

• Т – соединение с землей открытых токопроводящих частей и металлических конструкций, независимо от того, заземлена ли нейтраль от подстанции;
• N – соединение токопроводящих частей с глухозаземленным нулем блока электроснабжения.

Символы, следующие за N, определяют место соединения рабочего и защитного нулевых проводов с заземлителем у потребителя или разделение нуля еще на подстанции:

• S – рабочий (N) и защитный (РЕ) нули — это разные, разделенные проводники;
• С – соединение в едином проводе (PEN) роли нулевых рабочего и защитного проводников.

При занулении нулевые защитные и фазные провода выбираются так, чтобы при пробое изоляции на корпус или нулевой проводник, возникающий ток короткого замыкания обеспечивал отключение автомата защиты или перегорание предохранителя.

Инструменты и приспособления для проверки напряжения и заземления

Чтобы узнать о наличии заземления используют индикаторную отвертку, вольтметр или «контрольку» — лампочку в патроне, из которого выведены два провода со штекерами. Для уменьшения нагрева лучше взять лампу с мощностью 25 Вт. Чтобы «контролька» была в безопасности при частом применении, лампочку лучше поместить в специальный корпус. Величину сетевого напряжения можно проверить по яркости свечения «контрольки».

В основном профессиональные электрики пользуются индикаторной отверткой. Этот мини-прибор имеет прозрачный тонкий корпус, в котором находится ограничительный резистор и неоновая лампочка. Уровень напряжения индикаторная отвертка не показывает. После прикосновения пальца можно определить наличие подключения в электроцепи.

Чтобы точно проверить величину напряжения, лучше всего пользоваться цифровым или стрелочным вольтметром. Стрелочные вольтметры могут работать без источника питания, если речь не идет о проверке сопротивления тока. Цифровые приборы отличаются максимальной ударостойкостью и работают в любом положении.

Как в обычной розетке может появиться две фазы?

Оба счетчика останутся соединенными по нулевому проводу, но нуля не будет. Ситуацию усугубит то, что счетчики для равномерной загрузки трансформатора запитывают разными фазами. Получится, что одна фаза от первого счетчика пройдет через обмотку напряжения и сталкнется с другой фазой от второго счетчика, также прошедшей через обмотку напряжения. Короткого замыкания не получится, т.к. две последовательно включенные обмотки напряжения, работающие при напряжении 220 В, будут запитаны от 380 В, т.е на каждую обмотку придется по 190 В. Это даже меньше заявленного, что для обмоток приемлимо. Для потребителя окажется, что на одном проводе будет потенциал в 220 В, а на втором проводе потенциал 190 В. И вроде все также неплохо, ведь на первый взгляд напряжение в квартире станет равным 220 — 190 = 30 В, но это не так.

В зависимости от загрузки нолевая точка сместиться к более загруженному потребителю и он получит вместо 220 В, значительно меньше, например на 100 В меньше, т.е 120 В, а вот его сосед получит 380 — 120= 260 В. Если же один потребитель будет вообще не загружен, то он и получит в свою систему все 380 В. Это не значит, что нужно запускать все приборы чтобы не допустить перекоса. Обрыв ноля — аварийный случай и встречается редко.

Часто в литературе описывается сдвиг фаз, при котором из-за несимметричности фаз, сдвигается точка нулевого потенциала и вместо нуля на проводе будет висеть 5-10 В, относительно провода заземления. В принципе, это нормально. Невозможно подключить равномерно множество однофазных потребителей с тем, чтобы загрузка была идеально симметричной. Лично я измерял ток в заземляющем проводе от высоковольтного трансформатора к заземлителям и он составлял 4 А. Сама по себе неравномерность фаз — норма.

В качестве эксперимента можно взять два трансформатора и подключить их последовательно между двумя фазами. Провод от средней точки обоих трансформаторов нужно вначале подключить к нулевому проводу. Нужно убедиться в напряжении на трансформаторах. Напряжение должно составлять 220 В. Если отключить нулевой провод и промерить напряжения на трансформаторах, то здесь и будет фокус — напряжения будут отличаться в том случае, если нагрузки на трансформаторах будут различными, или, если мощности трансформаторов будут различными, т.к. различным будет сопротивление первичных обмоток.

Результаты опыта следующие — обрыв ноля вызывает перекос фаз между всеми потребителями, смещая нулевую точку в зависимости от загрузки этих потребителей. Чем больше нагрузка, тем меньшее напряжение придет на квартиру.

Бытовые методы проверки наличия заземления

Если понятно зачем нужно заземление в розетке, то остается вопрос как узнать работает ли оно – ведь на практике ноль в сети всегда заземлен и по сути подключение идет по одному и тому же проводу. Здесь надо понимать, что в ряде случаев заземление это дополнительный ноль, но по возможности с меньшим сопротивлением провода. Также надо учитывать, что в квартире проводка может быть сделана правильно, но если на подъездном щитке нет отдельных клемм для заземления, то провод могут оставить неподключенным до того времени, как в доме будет смонтирована отдельная шина заземления.

Для простейшей проверки нужен индикатор напряжения или тестер, лампочка-контролька и отвертка.

Визуальный осмотр

Первым делом надо посмотреть на конструкцию розеток в доме – в них может быть только два отверстия под штепсель или с дополнительными контактами.

В первом случае ясно, что конструкция самих розеток не предусматривает наличие заземления. Во втором, что подключение защиты к ним возможно в принципе, но есть ли она на самом деле, надо проверять дополнительно.

Дальше разбирается сама розетка – здесь надо смотреть, какое количество проводов выходит из стены и какого они цвета. По стандартам фаза подключается проводом коричневого (черного, серого, белого) цвета, ноль синего, а заземление двухцветным желто-зеленым. В старых домах это может быть просто двух или трехжильный одноцветный провод. Если использовано только два провода то это однозначно говорит про отсутствие заземления. Если выходит три жилы, значит будет требоваться дополнительная проверка.

Дополнительно надо осмотреть щиток возле электросчетчика – если в квартиру заходит только два провода это также говорит о том, что заземление отсутствует изначально.

Зануление при отсутствии заземления

Есть вероятность обнаружить только два входящих в квартиру провода, но при этом при осмотре розеток видно, что контакты для заземления и нулевой провод закорочены между собой перемычкой. Этот вариант подключения называется занулением, но использовать его запрещено правилами ПУЭ, так как при коротком замыкании напряжение сразу же оказывается на корпусах приборов и возникают высокая вероятность поражения человека электрическим током.

Даже без короткого замыкания такое подключение опасно при достаточно распространённой поломке – отгорании нулевого провода на вводном автомате. В этом случае фаза через контакты приборов оказывается на нулевом проводе, который после перегорания не подключен к заземлению. Индикатор напряжения будет показывать фазу во всех контактах розеток.

О том что такое зануление и чем оно опасно смотрите в этом видео:

Как определить наличие заземления

Если на розетку выведены три провода и все они к ней подключены, что проверить работоспособность заземления можно тестером или обычной лампочкой.

Для этого необходимо определить на каком проводе сидит фаза, что делается индикатором напряжения. При этом, если фаза обнаруживается на двух проводах, значит сеть неисправна.

Когда фаза найдена, к ней касаются одним проводом лампочки, а вторым поочередно дотрагиваются до нуля и заземления. При прикосновении к нулевому проводу лампочка должна засветиться, а вот есть ли заземление, надо смотреть по ее поведению – возможны следующие варианты:

• Лампочка не светится. Это значит что заземление отсутствует – скорее всего, в распределительном щитке провод никуда не подключен.
• Лампочка светится точно так же как и при подключении к нулевому проводу. Значит заземление есть и в случае короткого замыкания току будет куда уйти, но отсутствует защита, срабатывающая на ток утечки.
• Лампочка начинает светиться (в некоторых случаях не успевает загореться), но тут же во всей квартире выключается электричество. Значит заземление подключено и работает правильно – на вводном щитке квартиры стоит автомат УЗО, отсекающий напряжение при возникновении тока утечки, который уходит на провод заземления.

При проверке надо обращать внимание на яркость свечения лампочки или на то, какие значения показывает вольтметр. Если по сравнению с подсоединением к нулевому проводу лампочка светится тусклее (или напряжение меньше) значит сопротивление заземляющего провода выше и эффективность его низкая.

КАК САМОМУ ОПРЕДЕЛИТЬ ФАЗУ, НОЛЬ и ЗАЗЕМЛЕНИЕ У ПРОВОДОВ

Итак, начнем по порядку:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗЫ

Для большего удобства, сперва всегда лучше определять какой из имеющихся проводов фаза. О том, как найти фазу цифровым мультиметром мы уже писали, а как быть если его нет, читайте ниже.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗЫ ИНДИКАТОРНОЙ ОТВЕРТКОЙ

Самый простой способ обнаружения фазного провода – это поиск с помощью индикаторной отвертки. Этот простейший инструмент должен быть у любого домашнего мастера, занимающегося электрикой в квартире – будь то полный электромонтаж, простая замена ламп или установка светильников, розеток и выключателей.

Принцип работы индикаторной отвертки прост – при касании жалом отвертки проводника под напряжением и одновременном касании контакта, на задней стороне отвертки, пальцем руки — загорается индикаторная лампа в корпусе инструмента, которая и сигнализирует о наличии напряжения. Таким образом легко можно узнать, какой провод фазный.

Принцип действия индикаторной отвертки прост — внутри индикаторной отвертки расположена лампа и сопротивление(резистор), при замыкании цепи (касании нами заднего контакта) лампа загорается. Сопротивление защищает нас от поражения электрическим током, оно снижает ток до минимального, безопасного уровня.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗЫ, НУЛЯ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ ЛАМПОЙ

Еще один способ, которым можно определить фазный, нулевой и провод заземления в современной трехпроводной электрической сети, это использование контрольной лампы . Способ неоднозначный, но действенный, требующий особой осторожности.

Чтоб начать определение, в первую очередь необходимо собрать само устройство контрольной лампы. Самый простой способ использовать патрон, с вкрученной туда лампой, а в клеммах патрона закрепить провода со снятой на концах изоляцией. Если же под рукой нет электрического патрона или нет времени что-то мастерить, можно воспользоваться обычной настольной лампой с электрической вилкой.

Технология определения фазы, нули и земли с помощью контрольной лампы максимально проста – поочередно соединяя провода лампы к проводам требующим определения, каждый с каждым.

Определить фазу и ноль из двух проводов

В случае определения контрольной лампой фазного провода среди двух проводов вы лишь сможете узнать, есть фаза или нет, а какой именно из проводников фазный определить не удастся. Если при соединении проводов контрольной лампы к определяемым жилам она загорится, то значит один из проводов фазный, а второй скорее всего ноль. Если же не загорится, то скорее всего фазы среди них нет, либо нет нуля, чего тоже исключать нельзя.

Таким способом, скорее, удобнее проверять работоспособность проводки и правильность её монтажа. Определять фазу лучше индикаторной отверткой, а вот наличие нуля узнавать так.

Определить фазный провод в таком случае можно подключив один из концов, идущих от контрольной лампы, к заведомо известному нулю (например, к соответствующей клемме в электрощите), тогда при касании вторым концом к фазному проводнику, лампа загорится. Оставшийся провод соответственно ноль.

Найти фазу, ноль и заземление из трех проводов:

В такой трехпроводной системе часто возможно точно определить фазный, нулевой и заземляющий провод контрольной лампой.
Соединяем контакты, идущие от контрольной лампы поочередно к жилам требующего определения кабеля.

Действуем методом исключения:

Находим положение, в котором лампа горит, это будет значить, что один из проводов фаза, а другой ноль.

После чего меняем положение одного из контактов контрольной лампы, далее возможны несколько вариантов:

— Если лампа не загорится (при наличии УЗО или дифференциального автомата защиты проверяемой линии они также могут сработать) значит оставшийся свободным провод – ФАЗА, а проверяемые НОЛЬ и ЗЕМЛЯ.

— Если после смены положения лампа ненадолго вспыхнет , при этом сразу сработает УЗО или диф. автомат (если они есть), значит оставшийся свободным провод – НОЛЬ, а проверяемые это ФАЗА и ЗАЗЕМЛЕНИЕ.

— Если линия не защищена устройством защитного отключения (УЗО) или дифференциальным автоматом, и свет будет гореть в двух положениях . В этом случае узнать какой провод рабочий ноль (нуль), а какой защитный (заземление), можно просто отключив в щите учета и распределения электроэнергии вводной кабель от клеммы заземления. После чего так же проверить контрольной лампой все жилы и, опять же методом исключения, в положении, когда лампа не горит опознать проводник заземления.

Как видите, в различных ситуациях, при разных схемах электропроводки, реализованных в квартире, способы и методы определения нуля, фазы и заземления меняются. Если вы столкнулись с ситуацией, не описанной в этой статье, обязательно пишите в комментариях к статье, мы постараемся вам помочь.

А если вы знаете еще, простые способы того, как в домашних условиях, без специализированного инструмента определить фазу, ноль и землю, пишите в комментариях . Статья будет обязательно дополнена. Главное требование, к методам определения, это простота, возможность обойтись в поиске лишь подручными, бытовыми средствами, имеющимися у многих.