Как работает заземление — простыми словами о важном

Заземление защитное и другие меры при косвенном прикосновении

В правилах защиты электроустановок написано, что для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

• Защитное заземление.
• Автоматическое отключение питания.
• Уравнивание потенциалов.
• Выравнивание потенциалов.
• Двойная или усиленная изоляция.
• Сверхнизкое (малое) напряжение.
• Защитное электрическое разделение цепей.
• Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Как видим, есть такое понятие, как защитное заземление при косвенном прикосновении. Остальные меры защиты, кроме автоматического отключения питания, в данной теме нас не интересуют. А помимо защитного заземления, есть и рабочее заземление.

Поэтому на данном этапе определимся с терминологией:

• Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
• Защитное заземление — заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
• Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).
• Косвенное прикосновение — электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

Нас больше интересует электробезопасность. Поэтому говоря о том, как работает заземление, мы будем рассматривать защитное заземление в паре с автоматическим отключением питания. Но нужно понимать что заземление помимо защитного бывает и рабочим.

Заземление и закон Ома

Электричество (электрический ток) — это направленное движение электрически заряженных частиц. Для электричества нужен источник питания и замкнутая цепь. В нашем случае будем рассматривать распределительный трансформатор. Он дает проводам напряжение. Напряжение — это разность электрических потенциалов. Разность потенциалов может быть как минимум между двумя точками. И в бытовой электрической сети разность потенциалов между фазой и нейтралью (нулевой рабочий проводник) 220 Вольт. Фаза имеет потенциал 220 В, а нулевой провод имеет потенциал 0 относительно источника питания и фазного провода.

Итак, мы выделили напряжение, фазный и нулевой проводник. С этими понятиями наверно знаком каждый. Нам осталось только рассмотреть сопротивление и силу тока. Сила тока — это величина, равная отношению количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, к времени его прохождения. Измеряется в Амперах. Вспомним закон Ома:

Так как сопротивления самих проводов имеют малые значения, то если соединить фазу с нулем, то в цепи сила тока будет очень большой и получится короткое замыкание. А подключая в розетку лампочки и иные бытовые приборы такого замыкания не происходит. Бытовые приборы имеют большие значения сопротивлений и не вызывают в цепи появления больших токов короткого замыкания.

Как работает заземление в частном доме (система TT)

Теперь перейдем непосредственно к рассмотрению темы заземления на примере частного дома имеющего заземление электрооборудования по системе TT. От распределительного трансформатора по столбам к каждому дому заходит однофазное питание 220 Вольт — фаза и нейтраль (рабочий нулевой провод). Помимо того, что нейтраль имеет нулевой потенциал, на распределительной подстанции она соединена через контур заземления с контуром заземления нашего дома. Объясним это простыми словами. Мы знаем, что земля это проводник, но не идеальный. В зависимости от грунта удельные сопротивления могут отличатся:

Представим, что где-то в глубине, в каком-то слое находится условный проводник с сопротивлением близким к нулю. Делая контур заземления на подстанции мы снижаем сопротивление от нуля трансформатора к этому проводнику.

Аналогично с помощью контура заземления в доме (система заземления TT) мы снижаем сопротивление через землю к данному условному проводящему слою. И при пробое фазы на наше заземление образуется замкнутая цепь. Зачем это нужно? Для защиты от поражения током, например, в случае пробоя фазы на корпус заземленного бытового прибора. И для наглядности и понимания смоделируем несколько ситуаций при помощи программы Electronics Workbench.

Сопоставьте приведенную схему с предыдущей иллюстрацией:

Рассмотрим вторую ситуацию, когда сопротивление контура равняется 4 Ом:

Вернемся к защитным функциям заземления. Как видно, при сопротивлении контура 4 Ом ток короткого замыкания 36,7 А. А этого достаточно для срабатывания правильно подобранного автоматического выключателя. Одновременно снизился ток проходящий через человека до 36,8 мА. Но это все равно опасное значение при несрабатывании автомата. И если мы говорим о системе заземления TT, то автоматические выключатели здесь должны обязательно дополнятся УЗО (устройством защитного отключения).

Как работает защитное заземление — видео

Заземление — что это (определения)

В заключение приведем некоторые встречающиеся определения заземления. Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. В электротехнике при помощи заземления добиваются защиты от опасного действия электрического тока путем снижения напряжения прикосновения до безопасного для человека и животных значения.

Другое определение. Заземление — это соединение корпусов всех электроприборов в доме с землей через контур заземляющего устройства. Для этого во всей системе, включая кабель электроприбора, есть отдельная жила. Она идет от розеток через щиток в заземляющий контур, который вкопан в грунт. Прибор, подключенный к такой розетке, защищен. То есть если он будет неисправен и на его металлических деталях появится напряжение, избыточный ток уйдет в землю. В худшем случае на корпусе останется небольшой, безопасный для человека заряд. При касании он будет ощущаться как легкое покалывание.

Как видно везде говорится о безопасности и легком покалывании. Почему же наши цифры не такие оптимистичные? Потому, что в наших примерах не учтены дополнительные защитные мероприятия по уравниванию и выравниванию потенциалов. Уравнивание потенциалов — это электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Выравнивание потенциалов — это снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли. А это уже отдельная тема для рассмотрения.