Заземление, теория и практика

В данной статье будут рассмотрены следующие вопросы:

• Для чего нужно заземление (защитное зануление)
• Требования Правил устройства электроустановок (ПУЭ) к заземлению (защитному занулению)
• Способы реализации заземления (защитного зануления).

Итак, для чего же заземление все-таки нужно? Компьютер без него вполне работоспособен и, как правило, с успехом выполняет возложенные на него пользователем задачи. В общем и целом все так. Но... есть ряд небольших нюансов.

Помехи

В большинстве блоков питания компьютеров на входе стоит элементарный фильтр, состоящий из двух конденсаторов, задача которого сводится к тому, чтобы не пропустить высокочастотную составляющую. Фильтр может быть и более продвинутым, включающим в себя катушки индуктивности (зависит от "серьезности" производителя БП), но, в большинстве случаев, это фильтр, показанный на рисунке. В результате, в зависимости от емкости конденсаторов, мы получаем на корпусе компьютера потенциал порядка 100 В относительно фазного (L) и нулевого (N) провода. Иначе говоря, при определенных условиях при прикосновении к корпусу компьютера можно получить удар электрическим током. Впрочем, в помещениях, где разводка сети выполнена по трехфазной схеме, ситуация гораздо хуже: разность потенциалов между корпусами компьютеров, сидящих на разных фазах, пойдет уже на сотни вольт. В результате, при объединении компьютеров, к примеру, в сеть, практически гарантированно получаем повреждение аппаратного обеспечения.

Кстати, те господа, которые применяют сетевые фильтры (ZIS, APC и т. д.) при отсутствии заземления (защитного зануления), в свете вышесказанного на самом деле используют просто удлинители за 20$ и выше.

Защита от электромагнитного излучения

В смысле того излучения, которое оказывает вредное влияние на организм человека. Фирмы-производители постоянно борются за снижение электромагнитного излучения. Приходится им бороться - постоянно ужесточаются стандарты и требования. В общем, частоты растут, а уровень излучения должен снижаться. Так вот, все эти мероприятия практически сводятся к нулю в результате неправильного подключения аппаратуры.

Подведем итог. Заземление нужно, чтобы:

• Уменьшить электромагнитное излучение высокой частоты
• Уменьшить выброс помех в электрическую сеть
• Уменьшить влияние внешних помех на аппаратуру
• Обеспечить нормальную работу аппаратуры в составе сети
• Исключить поражение человека емкостным током

Теперь попробуем разобраться, какие требования предъявляются к электрической сети в общем, и к заземлению в частности.

Основным документом в данном вопросе, безусловно, являются "Правила устройства электроустановок" (ПУЭ). Все монтажные работы и, впоследствии, приемо-сдаточные испытания базируются на требованиях ПУЭ. Здесь стоит отметить один, на мой взгляд, любопытный факт. Дело в том, что те или иные требования к электроустановкам определяются в первую очередь исходя из категории помещения с точки зрения электробезопасности. Согласно ПУЭ существует три категории помещений:

1. Без повышенной опасности
2. С повышенной опасностью
3. Особо опасные

Согласно этой классификации квартиры попадают в категорию помещений с повышенной опасностью. Но при этом, в ПУЭ до 1999 года они относятся к так называемым жилым помещениям где, оказывается, нет необходимости в заземлении (занулении). И только в седьмом издании ПУЭ (утверждено 06.10.1999) эта позиция была пересмотрена. Более того: были введены требования, которые уже давно применяются в, скажем так, передовых странах.

Ниже будут приведены некоторые пункты правил, касающиеся заземления, но вначале хотелось бы остановиться на некоторых понятиях.

Электрические сети делятся на сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью. В наше стране для питания жилых помещений, как правило, используются сети с глухозаземленной нейтралью (заземлена средняя точка генератора), поэтому корректнее говорить не "заземление", а "защитное зануление" (РЕ).

Фазное напряжение

Напряжение между фазным (L) и рабочим нулевым (N) проводниками. Для сети 380/220 В - 220 В.

Линейное напряжение

Напряжение между двумя фазными (L) проводниками. Для сети 380/220 В - 380 В.

Рабочий ноль (N)

Проводник, обеспечивающий вместе с фазным проводником питание потребителя.

УЗО - устройство защитного отключения

Принцип работы устройства основан на правиле Кирхгофа (сумма токов равна нулю). Устройство отслеживает токи утечки, возникающие при прикосновении человека к токоведущему проводу, повреждении изоляции и т. п. Наиболее распространены УЗО с током отсечки 10мА, 30мА и 300мА. При этом в жилых и общественных помещениях как правило применяются УЗО с током отсечки 30мА. Основная задача УЗО - защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара.

Выдержки из ПУЭ

7.1.21.

При питании однофазных потребителей зданий от многофазной распределительной сети допускается для разных групп однофазных потребителей иметь общие N и PE проводники (пятипроводная сеть), проложенные непосредственно от ВРУ¹, объединение N и PE проводников (четырехпроводная сеть с PEN) не допускается.

При питании однофазных потребителей от многофазной питающей сети ответвлениями от воздушных линий, когда PEN проводник воздушной линии является общим для групп однофазных потребителей, питающихся от разных фаз, рекомендуется предусматривать защитное отключение потребителей при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN проводника. Отключение должно производиться при вводе в здание, например воздействием на независимый расцепитель вводного автоматического выключателя посредством реле максимального напряжения, при этом должны отключаться как фазный (L), так и нулевой рабочий (N) проводники.

При выборе аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе, предпочтение, при прочих равных условиях, должно отдаваться аппаратам и приборам, сохраняющим работоспособность при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN или N проводника, при этом их коммутационные и другие рабочие характеристики могут не выполняться.

Во всех случаях в цепях PE и PEN проводников запрещается иметь коммутирующие контактные и бесконтактные элементы.

Допускаются соединения, которые могут быть разобраны при помощи инструмента, а также специально предназначенные для этих целей соединители.

7.1.34.

В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами².

В жилых зданиях сечения медных проводников должны соответствовать расчетным значениям, но быть не менее указанных в таблице:

7.1.36.

Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего назначения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (фазный - L, нулевой рабочий - N и нулевой защитный - РЕ проводники).

Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий.

Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать на щитках под общий контактный зажим.

Сечения проводников должны отвечать требованиям п. 7.1.45.

7.1.45.

Выбор сечения проводников следует проводить согласно требованиям глав ПУЭ.

Однофазные двух- и трехпроводные линии, а также трехфазные четырех и пятипроводные линии при питании однофазных нагрузок, должны иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазных проводников.

Трехфазные четырех- и пятипроводные линии при питании трехфазных симметричных нагрузок должные иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазные проводников, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм² по меди и 25 мм² по алюминию, а при больших сечениях - не менее 50% сечения фазных проводников.

Сечение РЕN проводников должно быть не менее сечения N проводников и не менее 10 мм ² по меди и 16 мм² по алюминию независимо от сечения фазных проводников.

Сечение PE проводников должно равняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм², 16 мм² при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм² и 50% сечения фазных проводников при больших сечениях.

Сечение PE проводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм² - при наличии механической защиты и 4 мм² - при ее отсутствии.

7.1.49

В зданиях при трехпроводной сети (см. п. 7.1.36) должны устанавливаться штепсельные розетки на ток не менее 10 А с защитным контактом.

Штепсельные розетки, устанавливаемые в квартирах, жилых комнатах общежитий, а также в помещениях для пребывания детей в детских учреждениях (садах, яслях, школах и т.п.) должны иметь защитные устройство, автоматически закрывающие гнезда штепсельной розетки при вынутой вилке.

7.1.68.

Во всех помещениях необходимо присоединять открытые проводящие части светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых кондиционеров, электрополотенец и т. п.) к нулевому защитному проводнику.

7.1.69.

В помещениях зданий металлические корпуса однофазных переносных электроприборов и настольных средств оргтехники класса I по ГОСТ 12.2.007.0.-75 "ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности" должны присоединяться к защитным проводникам трехпроводной групповой линии (см. п. 7.1.36).

К защитным проводникам должны подсоединяться металлические каркасы перегородок, дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.

7.1.72.

Если устройство защиты от сверхтока (автоматический выключатель, предохранитель) не обеспечивает время автоматического отключения 0.4 с при номинальном напряжении 220 В из-за низких значений токов короткого замыкания и установка (квартира) не охвачена системой уравнивания потенциалов, установка УЗО является обязательной.

7.1.74.

В зоне УЗО нулевой рабочий проводник не должен иметь соединений с заземленными элементами и нулевым защитным проводником.

7.1.75.

Во всех случаях применении УЗО должно обеспечить надежную коммутацию цепей нагрузки с учетом возможных перегрузок.

7.1.76.

Рекомендуется использовать УЗО, представляющее собой единый аппарат с автоматическим выключателем, обеспечивающим защиту от сверхтока.

Не допускается использовать УЗО в групповых линиях, не имеющих защиты от сверхтока, без дополнительного аппарата, обеспечивающего эту защиту.

При использовании УЗО, не имеющих защиты от сверхтока, необходима их расчетная проверка в режимах сверхтока с учетом защитных характеристик вышестоящего аппарата, обеспечивающего защиту от сверхтока.

7.1.77.

В жилых зданиях не допускается применять УЗО автоматически отключающие потребителя от сети при исчезновении или недопустимом падении напряжения сети. При этом УЗО должно сохранять работоспособность на время не менее 5 с при снижении напряжения до 50% номинального.

7.1.78.

В зданиях могут применяться УЗО типа "А", реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или "АС", реагирующие только на переменные токи утечки.

Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др.

7.1. 79.

В групповых сетях, питающих штепсельные розетки, следует применять УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА. Допускается присоединение у одному УЗО нескольких групповых линий через отдельные автоматические выключатели (предохранители).

Установка УЗО в линиях, питающих стационарное оборудование и светильники, а также в общих осветительных сетях, как правило, не требуется.

7.1.80.

В жилых зданиях УЗО рекомендуется устанавливать не квартирных щитках, допускается их установка на этажных щитках.

7.1.81.

Установка УЗО запрещается для электроприемников, отключение которых может привести к ситуациям, опасным для потребителей (отключению пожарной сигнализации и т.п.).

7.1.82.

Обязательной является установка УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА для групповых лини, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений и в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью, например, в зоне 3 ванных и душевых помещений квартир и номеров гостиниц.

7.1.86.

Если УЗО предназначено для защиты от поражения электрическим током и возгорания или только для защиты от возгорания, то оно должно отключать как фазный, так и нулевой рабочие проводники, защита от сверхтока в нулевом рабочем проводнике не требуется.

7.1.87.

На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:

• Основной (магистральный) проводник
• Основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим.
• Стальные трубы, коммуникаций зданий и между зданиями.
• Металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования. Такие проводящие части должны быть соединены между собой на вводе в здание
• Рекомендуется по ходу передачи электроэнергии повторно выполнять дополнительные системы уравнивания потенциалов.

Примечания:

1. Вводно-распределительное устройство
2. До 2001г. по имеющемуся заделу строительства допускается использование проводов и кабелей с алюминиевыми жилами.

Теперь можно поговорить о возможности зануления оргтехники. Если ваш дом сдан после 1998 - 1999 года, то, скорее всего, на розетки в квартире заведен защитный ноль. Если вас мучают сомнения, то можно удостовериться в наличии нуля на заземляющем контакте розетки следующим образом. Найти фазу (при помощи, например, однополюсного индикатора). Далее один из способов:

1. Замерить напряжение между фазой и нулем и, затем, между фазой и заземляющим контактом. В обоих случаях показания должны быть одинаковы.
2. Зарядить патрон Е27 (обычный бытовой) проводниками достаточной длины. Вкрутить в него лампу накаливания мощностью не менее 100 Вт. Один провод вставить в фазное гнездо, вторым коснуться поочередно рабочего и защитного нуля (ВНИМАНИЕ! При наличии УЗО произойдет его отсечка, что подтверждает наличие защитного нуля). Лампа должна гореть одинаково ярко и ровно.

Желательно также отследить отходящие концы от распределительного щитка на вашу квартиру. Как правило, заводится группа на освещение (L+N), группа на розетки (L+N+PE), группа на электроплиту (L+N+PE). То есть на розетки у вас должны отходить 3 конца, причем N и PE, согласно ПУЭ, не должны заводиться под один болт.

Ниже будет рассмотрен вариант самостоятельного подключения защитного нуля.

ВНИМАНИЕ! Работы в распределительном устройстве могут вестись только лицами из электротехнического персонала обслуживающего предприятия с группой допуска по электробезопасности не ниже III.

Категорически не рекомендую при отсутствии опыта заниматься прокладкой защитного зануления в организации, где на розетки заводятся все три фазы: при использовании одного рабочего нуля и случайном повреждении или ослаблении его во время монтажных работ, вы получаете две фазы на входе аппаратуры. Могу только сказать, что при таком раскладе перегорают (плавятся) даже варисторы сетевых фильтров.

Для домашней сети вам понадобится медный провод соответствующей длины и сечением не менее 1,5 мм² (чем больше, тем лучше - я, например, использовал провод сечением 4 мм²) и, конечно, розетка с заземляющим контактом. Короб, плинтус, скоба - дело эстетики. Один конец провода заводится под свободный болт шины распределительного щита, соединенной с корпусом щита, а второй - на заземляющий контакт розетки. Не допускается заводить под один болт N и РЕ проводники. При наличии в щите УЗО РЕ проводник не должен учитываться (болтить именно на корпус щита) и не должен нигде на линии иметь контакта с N проводником (в противном случае будет срабатывать УЗО).

К вопросу о заземлении на батарею (водопровод) - не советую. Теоретически должна быть где-то в подвале система выравнивания потенциалов (собственно трубы, проложенные в земле, это естественный заземлитель), фактически же на батарее может вдруг появиться потенциал, отличный от нуля. К примеру, сосед ваш сверху использует ее в качестве рабочего нуля по причине отгорания проводника в штробе.

И еще один момент, касающийся монтажа. Сеть в квартирах ранее выполнялась алюминиевым проводом. При необходимости нарастить концы (например для переноса розетки) и использовании медного провода, никогда не скручивайте медь с алюминием - возникает гальваническая пара, металл в месте контакта активно разрушается, переходное сопротивление растет, возникает подгорание, что, в конце концов, может привести к пожару. Медный и алюминиевый проводники соединяются между собой либо через переходную колодку, либо через переходные шайбы. Допускается использовать в качестве переходника стальные шайбы.