Что такое нулевой защитный и нулевой рабочий проводники

Отличия переменного тока от постоянного

Изменения направления течения и характеристик переменного тока связаны с методом его получения. Получают переменный ток в результате работы генераторов переменного тока. Генератор состоит из ротора и статора. Статор — неподвижная (статичная) часть генератора. Он имеет форму полого конуса, внутри которого расположены катушки с намотанной проволокой. Эти катушки образуют обмотку статора. Из обмотки выходят концы намотанной проволоки (выводы). На этих выводах, при работе генератора, образуется напряжение. Если к выводам, находящимся под напряжением, подключить нагрузку, через неё начнет течь электрический ток. Протекая через нагрузку (электроприбор), ток совершает какую-нибудь работу. Например, раскаляет нить лампы накаливания. Соответственно, лампа что-нибудь освещает.

Устройство генератора переменного тока

Ротор — подвижная часть генератора и расположен внутри статора. На нем также расположены катушки. Они образуют обмотку ротора. Когда на эту обмотку подается постоянный ток, ротор становится электромагнитом. Электромагнит создаёт вокруг себя магнитное поле. Считается, что линии магнитного поля пересекают обмотку статора и индуцируют (наводят) в ней электродвижущую силу (ЭДС). Затем ротор начинают вращать. Например, с помощью турбины, которую в свою очередь вращает падающая с высоты вода. Разумеется, вместе с ротором вращается и магнитное поле. Считается, что результате вращения поля, по обмотке статора начинает течь электрический ток. Это явление называют .

Три фазы изменения переменного тока

Полюса вращающегося ротора-электромагнита постоянно меняют свое положение относительно катушек статора. То есть, плюс становится на место минуса, а минус на место плюса. А затем минус и плюс меняют места обратно. Это продолжается пока генератор работает. По этой причине и ток индуцируемый в статоре постоянно меняет направление своего течения. Считается, что направление течения тока от минуса к плюсу. Потому как электроны — отрицательно заряженные частицы. Имеется мнение что электрический ток в металлах — это движение электронов. А заряженные частицы стремятся к частицам с зарядом противоположным. От одноименно заряженных частиц они наоборот отталкиваются. Это можно продемонстрировать на примере двух постоянных магнитах.

Ротор стандартного генератора совершает 3000 оборотов в минуту. Отсюда и появляется частота 3000 оборотов /60 секунд = 50 герц. То есть, 50 оборотов ротора в секунду. Считается, что такая частота была установлена потому что позволяла светить лампам накаливания без мерцания. А также давала возможность стабильно работать электродвигателям. Пятьдесят периодов изменения тока — 100 раз в секунду изменяется направление течения бытового переменного тока. 

Генератор постоянного тока в общих чертах схож с генератором тока переменного. Но конечно он имеет и отличия. Магнитное поле здесь создают неподвижные катушки статора. Напряжение на генераторе постоянного тока получают на выводах обмотки ротора, во время его вращения. Обмотка ротора делится на множество частей. Каждая часть имеет выводы на контакты коллектора. Съем тока происходит с контактов коллектора ротора с помощью двух щеток. Одна щетка — плюс, а вторая — минус. Так как щётки неподвижны, то они попеременно соприкасаются с разными контактами. Переход с контакта на контакт происходит в тот момент, когда синусоидальная ЭДС в контуре переходит через своё нулевое значение. В итоге, каждая щётка сохраняет свою полярность неизменной.

Устройство генератора постоянного тока

То есть, постоянный ток движется всегда в одном направлении. Плюс и минус являются указателями направления движения электрического тока. Постоянные значения характеристик постоянного ток достигаются за счет деления обмотки ротора на множество частей. Существуют разные способы подключения генератора постоянного тока.

Как работает система

Принцип действия зануления очень простой. Он основан на правилах устройства электроустановок (ПУЭ). В них регламентированы нормативы, в которых обозначено, что при появлении короткого замыкания в сети защитное устройство (автомат) должно среагировать за 0,4 секунды. За этот небольшой промежуток времени человек останется в живых, если он коснулся корпуса прибора, который находится под напряжением в виду пробивки изоляции внутри электроустановки.

Есть два тонких момента, которые определяют принцип действия защитного зануления.

1. При ее использовании значительно уменьшается сопротивление петли «фаза-ноль».
2. Увеличивается значение тока короткого замыкания, которое становится причиной срабатывания защитного автоматического выключателя.

Это же самое касается создания заземляющего контура через отопление или водопроводные металлические трубы.

Область применения зануления обширна. К ней на промышленных объектах подключаются все электроустановки: электродвигатели, генераторы, трансформаторы, конструкции распределительных устройств и прочие. В быту к ней подключаются бытовые приборы, электрические инструменты и станки, светильники, распределительные щиты.

Назначение защитного зануления – это безопасная эксплуатация электроустановок. Но насколько оно эффективнее настоящей заземляющей сети. Во-первых, необходимо отметить, что отдельно устанавливаемый заземляющий контур – это провод, который проложен от распределительного щитка в доме к трансформатору и подключен к заземляющей сети внутри подстанции.

Во-вторых, могут возникнуть ситуации, когда нулевой проводник по каким-то причинам отгорит. То есть, при коротком замыкании внутри бытового прибора весь потенциал будет направлен на его корпус. А так как при занулении нулевой провод соединен с заземляющим, то последний также не будет задействован в системе безопасности. Последствия при соприкосновении с корпусом прибора – удар током. В заземлении такого не произойдет, потому что оба проводника: ноль и земля – это два отдельно проведенных контура.

Что такое «нуль» и «земля» согласно ПУЭ?

То, что мы привыкли называть «нулем» и «землей» в ПУЭ называется нулевым рабочим проводником (N) и нулевым защитным проводником (PE). Вот как они трактуются в нормативном документе:

1.7.17. Защитным проводником (РЕ) в электроустановках называется проводник, применяемый для защиты от поражения людей и животных электрическим током. В электроустановках до 1 кВ защитный проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора, называется нулевым защитным проводником. 

1.7.18.а Нулевым рабочим проводником (N) в электроустановках до 1 кВ называется проводник, используемый для питания электроприемников, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в трехпроводных сетях постоянного тока.

Из этих формулировок понятно, что защитный нулевой проводник необходим для защиты от поражения электрическим током. То есть к нему должно заземляться электрооборудование, например, стиральная машинка, бойлер, котел и т.д. В то же время рабочий нулевой проводник необходим для питания оборудования, то есть по нему будет протекать ток.

В некоторых случаях допускается использовать «нуль» (PE) в качестве «земли», как это указано в ПУЭ 1.7.18.б. В этом случае провод становится совмещенным проводником, который сочетает функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников. Он будет называться PEN

Однако здесь есть один нюанс, который важно знать

Дело в том, что согласно ПУЭ 1.7.83 «В цепи заземляющих и нулевых защитных проводников не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей». То есть нулевой защитный проводник («земля») должен идти непрерывно от щитка к розетке или осветительному прибору. Если мы, к примеру, посадим заземление на нуль, тогда «путь» прервется путем вынимания вилки из розетки. И если произойдет пробой, корпус остального оборудования, заземленного на этот провод, окажется под напряжением.

Далее в этом же пункте сказано: «В цепи нулевых рабочих проводников, если они одновременно служат для целей зануления, допускается применение выключателей, которые одновременно с отключением нулевых рабочих проводников отключают все провода, находящиеся под напряжением». Из этого следует, что «нуль» можно использовать в качестве «земли», если при его отключении, отключаются и все стальные проводники, находящиеся под напряжением. Осуществить такое в квартирных условиях довольно сложно.

В чём отличие «земли» от «нуля»

Провод заземления, заходящий в электрощиток, должен соответствовать нескольким требованиям:

• Сечение не менее 10 мм2.
• От контура до щитка и далее к потребителям провод не должен иметь мест разрыва — скрутки, выключатели и т.д. Соединять контур можно только в щитке с помощью шины.
• Согласно ПУЭ изоляция защитного проводника должна быть жёлто-зелёного цвета.

Рисунок 1: Пример нулевой шины в щитке

«Земля» несёт защитную функцию, например, если на корпус бытового прибора упадёт отломившийся фазный провод. А «ноль» применяется для полноценной работы схемы. Использовать «ноль» как защитный проводник можно, но следует знать несколько особенностей такой системы.

Зануление и заземление – в чем разница

Обе системы защиты выполняют одинаковую функцию – защищают домочадцев от поражения электрическим током при касании оголенного провода или неисправных электроустановок. Разница заключается в том, что зануление моментально обесточивает помещение при опасном контакте, а заземление отводит всю «опасность» в землю.

Отличие по области применения

Основное правило, которые должны знать все электромонтажники – одновременно реализовать оба способа защиты запрещается. Если есть возможность организовать заземление, рассматривать вариант зануления не стоит.

• В многоквартирных зданиях заземление монтируют по двум сторонам здания или вокруг. Старые здания в большинстве своем исключения, в них вовсе может отсутствовать контур. В загородных домах реализация заземляющего контура – забота домовладельца. Как правило, заземляющий контур имеет треугольную форму.
• Защитное зануление в квартирах применяется лишь при отсутствии заземления. Как правило, речь идет о многоквартирных домах старого образца. Реализуя этот способ защиты, дополнительно требуется приобретать и устанавливать автоматы и УЗО.

Что лучше

Заземление в сравнении с занулением имеет большое количество преимущественных особенностей.

• Заземляющий контур можно реализовать самостоятельно в домашних условиях. Для этого потребуется небольшое количество металла и сварочный аппарат. Если же говорить о занулении, то для реализации защиты требуются знания, которые связаны не только с проведением подсчетов, но и выбором наиболее подходящей точки подсоединения провода к нейтрали.
• Если произойдет обрыв нулевого провода в распределительном щитке, система зануления сразу выйдет из строя и будет неработоспособной. Заземление в этом случае имеет превосходство, поскольку используемый провод РЕ не отваривается и не отгорает. Рекомендуется раз в год проверять его состояние и при необходимости подтягивать клеммы.

Устройство защитных токовых отводов при работе с трехфазным электрическим оборудованием

Коммутация трехфазных потребителей электроэнергии отличается от подключения обычной бытовой электротехники, поэтому устройство защитных систем осуществляется иным способом. При этом не нужно путать нулевой или заземляющий провод, участвующий в системе управления, то есть, задействованный в схему пуска и остановки агрегата, с защитным проводником, предназначенным для отведения опасного разряда на землю.

Работы производятся в несколько этапов:

1. По периметру помещения обустраивается отдельная линия (трасса), выполненная из узкой металлической полосы 40х3 мм или медного провода сечением 16 мм.кв.
2. На ней в скрытом месте монтируется шина (желательно медная) с контактными приспособлениями (шпильками или отверстиями для болтовых соединений). Допускается использование металлической шины, но в этом случае приваривание шпилек – обязательное условие.
3. Эта линия соединяется с контуром заземления или зануления, выведенным отдельным проводом от распределительного щита и имеющим надежную связь с землей либо прямую, либо через рабочий ноль
4. Корпуса всех потребителей (трехфазных электродвигателей) через медный провод соединяются с описанной шиной.

При возникновении короткого замыкания от утечки напряжения из-за нарушения изоляции или «пробития» одной из фаз на корпус заземленного электрооборудования, ток сразу будет уходить в землю по пути наименьшего сопротивления, то есть через соединенную с рабочим нулем или землей жилу. Это сохранит человека от поражения электротоком при касании корпуса прибора.

Агрегат через медный провод соединен с шиной, смонтированной от заземляющей трассы

Описанные заземляющие и зануляющие системы эффективны при возникновении значительных утечек или коротких замыканий на корпус электроприборов. Однако для достижения полной безопасности при обслуживании оборудования необходимо применение дополнительных средств защиты, обеспечивающих разрыв электрической цепи при возникновении нарушений их работы.

На производственных предприятиях это могут быть блоки автоматики (контроля изоляции БКИ или максимальной токовой защиты). Но наиболее распространенными средствами, как на производстве, так и в быту, являются автоматические выключатели и устройства защитного отключения, которые:

• обеспечат обесточивание электрической цепи в случае возникновения неполадок;
• защитят пользователя от поражения электрическим током;
• предохранят технику от возгорания.

Такие приборы могут иметь исполнение для однофазных или трехфазных систем. Они бывают:

• однополюсные – устанавливаются на одну из линий (ноль, фаза);
• двухполюсные – устанавливаются на оба провода электропроводки;
• многополюсные (три и более) – используются при трехфазном напряжении.

Автоматический выключатель производит отключение при превышении токовой нагрузки номинального значения, указанного на корпусе прибора. УЗО контролирует состояние электросети и срабатывает при появлении самых незначительных утечек тока.

При правильном устройстве защитного заземления (зануления) и применении дополнительных средств защиты, указанные факторы не смогут причинить значительного вреда имуществу или здоровью человека.

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.