Что такое заземление нейтрали?

Сегодня сложно представить нашу жизнь без ежедневного использования различных электроприборов. Однако использование электричества небезопасно без защитных систем. Бывают случаи, когда защитные устройства (предохранители, автоматические выключатели и т. д.) могут выйти из строя, что приведет к повреждению внутренней изоляции. Таким образом, на металлических корпусах оборудования возникает перенапряжение. Для защиты людей от поражения электрическим током при работе бытовых приборов применяют различные меры защиты, к которым относится заземление нейтрали. В данной статье рассказывается, в чем особенности заземления нейтрали как способа защиты электрических сетей, когда оно применяется и чем отличается от защитного заземления.
Заземление нейтрали используется для обеспечения электробезопасности систем с проводниками PEN, PE и N. К ним относятся сети с глухозаземленной нейтралью: TN-C, TN-S и TN-CS. Основное отличие устройства заземления нейтрали для этих систем заключается в способе соединения защитной нейтрали и функциональных проводников.

Система заземления нейтрали TN-C

На сегодняшний день система заземления нейтрали TN-C считается устаревшей, так как преобладает в домах старого жилого фонда. Характеризуется наличием защитного и нулевого функциональных PEN-проводников, совмещенных по всей длине. Используется в трехфазных сетях электроснабжения. Запрещено его использование в групповых и однофазных распределительных сетях. Эта система достаточно проста в устройстве, но не обеспечивает достаточного уровня электробезопасности, что делает невозможным ее использование при строительстве новых зданий.

Система заземления нейтрали TN-CS

Это усовершенствованная версия системы заземления нейтрали TN-C, обеспечивающая электробезопасность в однофазных сетях. В месте ответвления трехфазной линии на однофазные комбинированный PEN-проводник разделяется на PE- и N-проводники, которые подводятся к однофазным потребителям. Эта система заземления нейтрали при относительно небольшом удорожании имеет более высокий уровень безопасности.

Система заземления нейтрали TN-S

Считается самой сложной и безопасной системой заземления нейтрали. Его работа основана на разделении нулевого защитного и нулевого функционального проводников по всей длине. Все металлические части электроустановки подключаются к нейтральному защитному проводу PE. Во избежание двойного заземления устанавливается трансформаторная подстанция с основным заземлением.

Электробезопасность с заземлением нейтрали

При использовании заземления нейтрали важно помнить, что ток короткого замыкания должен достигать значения, достаточного для срабатывания электромагнитного выключателя или расплавления предохранителя. В противном случае по цепи будет свободно протекать ток короткого замыкания, что приведет к повышению напряжения на поврежденном участке и на всех заземленных нейтралью элементах электроустановки до такой степени, что вероятность поражения электрическим током от прикосновения к корпус прибора увеличится во много раз. Получается, что надежность системы заземления нейтрали во многом определяется надежностью нулевого защитного проводника. Поэтому к таким проводникам предъявляются строгие требования п. 1.7.121 – 1.7.126 ПУЭ-7. Тщательно уложенный нулевой провод отличается своим цветовым кодом – желтые полосы на зеленом фоне. Кроме того, необходимо регулярно проверять его состояние. На нулевой провод запрещается устанавливать защитные устройства, так как при срабатывании такие устройства могут его повредить. Нулевые провода, соединенные между собой и с металлическими деталями электроустановок, открытыми для прикосновения пользователей, должны иметь хороший контакт и быть доступными для осмотра. См. п.п. 1.7.39, 7.1.40 ПУЭ-7. Сопротивление в болтовых соединениях с частями электроустановок не должно превышать 0.1 Ом. Измерение сопротивления в петле «фаза-ноль» производится на этапе приемки работ, при капитальном ремонте и реконструкции линий электропередач, а также в сроки, установленные нормативно-технической документацией. Измерения в отключенной электроустановке проводят вольтметром-амперметром. Кроме того, должны регулярно проверяться сопротивление заземления нейтрали и повторных заземлений, а также зависимость времени срабатывания автомата защиты от тока короткого замыкания.
Для уменьшения поражения электрическим током при обрыве нулевого провода рекомендуется проводить повторное заземление сопротивлением не более 30 Ом через каждые 200 м линий и опор. Для этой цели обычно используются системы естественных заземлителей.

2. Стандарты заземления нейтрали

Технические требования к устройству систем заземления защитной нейтрали определяются следующими документами:

• ПУЭ, раздел 1.7,
• ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (п. 543),
• ГОСТ 12.1.030-81 (п. 7).

Операция заземления нейтрали основана на автоматическом отключении поврежденного участка сети. Время отключения не должно превышать значений, указанных в п. 1.7.79 ПУЭ-7.

Максимально допустимое время отключения для системы TN составляет

Нулевой функциональный и защитный проводники должны иметь сопротивление, достаточное для защитного отключения. Активное и индуктивное сопротивления проводников образуют полное сопротивление петли «фаза-ноль». Активное сопротивление проводников зависит от их длины, удельного сопротивления и сечения материала. Индуктивное сопротивление различно для медных и стальных проводников. Для стальной проволоки они обратно пропорциональны плотности тока и отношению периметра к поперечному сечению проводника. Индуктивное сопротивление стальных проводников выше, чем у медных. Пункт 1.7.126 ПУЭ-7 устанавливает наименьшие площади поперечного сечения защитных проводников в случаях, когда они выполнены из того же материала, что и фазные проводники. Сечение защитных проводников из других материалов должно быть эквивалентно по проводимости заданным значениям.

Наименьшее сечение защитных проводников

Двухпроводная линия, состоящая из функциональных и защитных проводников, образует одну большую катушку, сопротивление взаимной индукции которой (рекомендуемое значение для расчетов 0.6 Ом/км) зависит от длины линии, диаметра проводов и расстояния между ними. Сопротивление заземления нейтрали источника питания не должно превышать 2.4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В для трехфазного источника питания (см. п. 1.7.101 ПУЭ-7). Увеличение тока короткого замыкания достигается за счет снижения сопротивления трансформатора и контура. Для этого используется схема треугольник-звезда. Обмотки больших трансформаторов и так имеют маленькое сопротивление. Меньшее сопротивление заземлителей нейтрали достигается за счет их укорочения и упрощения, увеличения сечения проводников или замены стальных проводов цветными проводами с малым индуктивным сопротивлением. Наибольшее сопротивление нулевого защитного провода не должно превышать двойного сопротивления фазного провода. Уменьшая расстояние между ними, можно уменьшить внешнее индуктивное сопротивление. Уменьшение сопротивления заземляющих электродов и приближение их к блокам нагрузки позволяет снизить ток на заземленных частях оборудования. Подключение всех заземленных металлических конструкций здания к нулевому проводу увеличивает потенциал поверхности пола, на котором может стоять человек, что значительно снижает напряжение прикосновения до значения от 0.1 до 0.01 U._s.

3. Где используется заземление нейтрали

Заземление нейтрали устраивают на промышленных объектах, часто расположенных в зданиях, где установлен источник электроснабжения (генератор или трансформатор), для обеспечения безопасности электроустановок различного назначения, повышения помехозащищенности при их эксплуатации. Согласно п. 1.7.101 ПУЭ-7 заземление нейтрали электроустановок должно выполняться при соблюдении следующих условий: при напряжении 380 В переменного тока и выше и 440 В постоянного тока и выше – во всех электроустановках; при номинальном напряжении выше 42 В переменного тока, но ниже 380 В переменного тока или выше 110 В постоянного тока, но ниже 440 В постоянного тока – только в зонах повышенной опасности, а также в особо опасных и наружных установках. Все электрооборудование промышленных объектов подключено к общему контуру заземления и соединено между собой металлической заземляющей шиной. Полный перечень частей, подключаемых к системе заземления нейтрали, указан в п. 1.7 ПУЭ-7. Там же указано электрооборудование, не требующее заземления нейтрали. Системы заземления нейтрали практически не используются в жилых домах. Заземление в новостройках устраивают централизованно. Современные электроприборы имеют вилки с тремя контактами. Один подключается к корпусу прибора. Заземление для индивидуальной квартиры выполняется путем подключения всех частей и корпусов бытовых приборов к системе заземлителей. В этих случаях заземление нейтрали не требуется. Старые дома, обычно подключаемые по системе TNC, могут вообще не заземляться. Модернизацией электросетей в таких домах должна заниматься специализированная электротехническая компания. Однако жильцы этих домов часто самостоятельно устраивают заземление нейтрали, что в данном случае запрещено и не является безопасным способом обеспечения защиты в жилом секторе. Как мы уже упоминали, требования к устройству защитного заземления нейтрали определены в специальных нормативных документах. Однако в процессе реализации этого способа защиты ЛЭП часто допускаются ошибки, препятствующие его использованию по назначению. Ошибочно полагать, что заземление лучше устроить в виде петли, отдельной от нулевого провода, поскольку отсутствует сопротивление длинного PEN-проводника от прибора до системы заземлителей подстанции. Однако на самом деле сопротивление заземления намного выше, чем у длинного проводника. В случае контакта фазы с заземленным таким образом корпусом прибора ток короткого замыкания может оказаться недостаточным для срабатывания защитных автоматов. При этом напряжение на корпусе достигает опасного для пользователя значения. Даже при использовании выключателя малой силы тока время, требуемое ПУЭ для автоматического отключения поврежденной линии от сети, не соблюдается.

4. Чем отличаются нейтраль и защитное заземление

Нулевое и защитное заземления схожи по своему назначению: их назначение — защитить пользователей от поражения электрическим током. Однако методы и принципы этой защиты различны. Обеспечение безопасности электрических сетей с помощью системы заземления нейтрали подробно обсуждалось ранее в этой статье. Защитное заземление основано на принудительном соединении электроустановок с землей с целью снижения напряжения прикосновения до безопасного значения. Избыточный ток, поступающий на корпуса электроустановок, отводится непосредственно в почву через заземляющую часть. В качестве системы заземлителей используется контур заземления треугольной конфигурации. Его сопротивление должно быть меньше сопротивления на других участках цепи. Отличие от заземления нейтрали заключается в

• способ защиты электрических сетей. Защитное заземление снижает напряжение прикосновения; заземление нейтрали отключает поврежденную электроустановку от сети. Это практически исключает поражение электрическим током и с этой точки зрения является более эффективным способом защиты на промышленных предприятиях. Однако если говорить о надежности защиты в процессе эксплуатации, то заземление нейтрали уступает место защитному заземлению из-за большей вероятности повреждения нулевого проводника и вероятного изменения сопротивления шлейфа «фаза-ноль».
• Схемы применения: Защитное заземление используется исключительно для защиты сетей с изолированной нейтралью (системы ТТ и IT). Заземление нейтрали используется в сетях с глухим заземлением (TN-C, TN-S и TN-CS), в которых присутствуют PEN-, PE- или N-проводники.
• Тип устройства: Заземление нейтрали по простоте и доступности является более сложным и трудоемким способом защиты, требующим технических знаний и навыков для правильного выбора способа и средней точки заземления нейтрали. В случае защитного заземления отдельные части коллектора соединяются с землей. Для этого достаточно прочитать инструкцию к бытовой технике.

5. Заключение.

Роль заземления нейтрали для работы промышленных электроустановок невозможно переоценить. Отключая поврежденную электроустановку от сети при пробое изоляции, заземление нейтрали служит надежным способом защиты людей от поражения электрическим током. Для эффективного обеспечения электробезопасности необходимо строгое соответствие конструктивных элементов системы заземления нейтрали соответствующим стандартам, а также тщательный и регулярный контроль за их состоянием. Выбор заземления нейтрали по сравнению с защитным заземлением зависит от метода, необходимого для защиты различных систем электросети.

Электрохирургические установки – как они работают и как их безопасно использовать

Это статья в открытом доступе, распространяемая по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution.

Электрохирургия обычно используется в глазной хирургии для рассечения, коагуляции, диссекции, фульгурации, абляции и сокращения тканей. Высокочастотный (от 100 кГц до 5 мегагерц) переменный электрический ток при различных напряжениях (200–10,000 XNUMX вольт) проходит через ткани для выработки тепла. Электрохирургический аппарат (ЭХУ) состоит из генератора и насадки с одним или несколькими электродами. Устройство управляется с помощью переключателя на наконечнике или ножного переключателя.

Электрохирургические генераторы могут производить электрические волны различной формы. По мере изменения этих волновых форм меняются и соответствующие тканевые эффекты.

In биполярная электрохирургия (Рисунок 1), функции активного электрода и обратного электрода выполняются на месте операции. Два кончика щипцов выполняют функции активного и обратного электрода. В электрическую цепь включается только ткань, захваченная щипцами. Поскольку возвратная функция выполняется одним кончиком щипцов, возвратный электрод пациента не требуется. Биполярная электрохирургия работает независимо от среды, в которой она используется, позволяя проводить коагуляцию в жидкой среде — большое преимущество при попытке коагуляции во влажном поле. В результате биполярную электрохирургию часто называют прижиганием «влажного поля».

In монополярная электрохирургия (Рисунок 2), активный электрод помещается на место хирургического вмешательства. Обратный электрод пациента (также известный как «рассеивающая прокладка») размещается где-то еще на теле пациента. Ток проходит через пациента, замыкая цепь от активного электрода к обратному электроду пациента. Функция обратного электрода пациента заключается в безопасном отводе тока от пациента.Ожог возвратного электрода может произойти, если выделяемое с течением времени тепло не будет безопасно рассеиваться из-за размера или проводимости обратного электрода пациента.

Рисунок 1.

Рисунок 2

Современные электрохирургические аппараты имеют встроенные функции безопасности для предотвращения ожогов из-за плохого контакта между пациентом и обратным электродом при использовании монополярного режима.

Часто термин «электрокоагуляция» неправильно используется для описания электрохирургии. Электрокоагуляция относится к постоянному току (электроны текут в одном направлении), тогда как электрохирургия использует переменный ток. В электрохирургии пациента включают в цепь, и ток поступает в тело пациента. Во время электрокоагуляции ток не поступает в тело пациента. Вместо этого ток проходит через нагревательный элемент, который обжигает ткань за счет прямой передачи тепла. Электрокоагуляторы или, точнее, термокоагуляторы (рис. 3) обычно представляют собой портативные устройства с батарейным питанием, которые могут быть как одноразовыми, так и многоразовыми.

Безопасное использование ESU

Электростатические аппараты производят очень сильный ток, который может нанести вред как пациенту, так и оператору при неправильном использовании и обслуживании. Многие проблемы были связаны с использованием ESU, такие как ожоги на месте возвратного электрода и хирургические ожоги. Некоторых из этих проблем безопасности можно избежать, приняв простые меры предосторожности.

Всегда используйте минимально возможную настройку генератора, которая позволит достичь желаемого хирургического эффекта. Когда используется напряжение выше необходимого, вероятность возникновения дуги увеличивается. Если хирург продолжает запрашивать более высокое значение, это может быть признаком того, что нарушена целостность интерфейса кожа/диспергирующая прокладка.

Часто очищайте наконечник электрода. По мере того, как струп (омертвевшая ткань от ожога) накапливается на кончике, увеличивается электрический импеданс, что может вызвать искрение, искрение или возгорание и пламя струпа. При очистке электрода струп следует стирать губкой, а не обычной царапающей подушечкой, потому что эти подушечки царапают канавки на кончике электрода, увеличивая образование струпа.