На тему заземления и зануления в Дзене пишут регулярно, но всё же предложил для канала СамЭлектрик материал на эту тему. Это не научная монография и не толкование нормативов – скорей, небольшой исторический обзор – когда вообще возникла идея что-либо заземлять, как это освещались в технической документации в разные годы, и как менялось отношение к заземлению и занулению. А ещё есть понятие уравнивания потенциалов – можно ли его тоже называть заземлением?
НЕМНОГО ГРАММАТИКИ И ИСТОРИИ
Поясню заголовок: по смыслу, который закладывался в термины «заземление» и «зануление» таких предметов в природе действительно нет. Если в поисковике задать «купить заземление» – ответы будут, но речь пойдет о продаже заземлителей, которые используются для заземления чего-либо. Хотя понять можно, но говорить – «заземление испортилось, нужно купить новое и поменять» – неверно. Это и грамматически неточно, и технически: заземление и зануление – это не предметы, а действия, выражающиеся в электрическом соединении какого-либо предмета с заземлителем или с нейтралью источника тока.
Определение термина «заземление» по действующему ГОСТ Р 57190-2016:
Преднамеренное или случайное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
О занулении немного позже.
Однозначно, электромонтажом должны заниматься квалифицированные специалисты в соответствии с действующей нормативно-технической документацией.
Но почему и зачем нормативы то и дело меняют, вместо привычных терминов вносят другие, ведь физические явления, связанные с электричеством, те же самые, что и 150 лет назад?
Из предисловия к изданию «Правил и Норм для электротехнических устройств сильных токов», 1914 г. (ПиН-1914):
Хотя и в 1883, и 2025 году электрический ток в металлическом проводнике по-прежнему – это направленное движение электронов, в технике произошли гигантские изменения. Менялось оборудование, технические решения. Вот что писали в технической литературе в 1904 году («Промышленность и техника. Исторiя и техника строительнаго искусства», перевод с немецкого издания):
Сейчас-то мы знаем, что в промышленности и при передаче электроэнергии «предпочтение отдали трехфазному току» (трехфазным сетям); а упомянутый «простой переменный ток» – это то, что мы используем в быту – однофазные квартирные сети, бытовое оборудование.
Казалось бы – поменяли когда-то номинал напряжения сети с 127 на 220 В (сейчас, по ГОСТ 29322-2014 – это 230±10%), всё остальное должно быть неизменным, как могут устареть нормы, если они основаны на неизменных физических явлениях? Но в том и дело, что нормативы действуют при определенных условиях, и учитывают не только фундаментальные явления, но и конкретные технические решения; к тому же, в них должны быть увязано масса смежных вопросов. То, что было повсеместно обязательным 40-50 лет назад, сейчас в некоторых странах отменяется и даже запрещается.
Когда появилось заземление?
Заземление (использование земли в качестве проводника) предложил применять в проволочном телеграфе немец Штейнгель ещё в 1838 году. Для телеграфной связи на железной дороге рельсы уже использовали в качестве одного из проводников, но Штейнгель обнаружил, что телеграф работал и после разрыва цепи в результате демонтажа части рельсового пути при ремонте: токи проходили через заземленные части путей и через грунт. Такое заземление являлось функциональным, то есть обеспечивало работу оборудования.
Применительно к электрооборудованию – заземление нейтрали впервые использовали при демонстрации трехфазной линии электропередач на Международной электротехнической выставке в 1891 г. во Франкфурте-на-Майне. Работы вели две компании: немецкая Allgemeine Electricitäts-Gesellschaft (AEG), где работал наш соотечественник М.О. Доливо-Добровольский, и швейцарская Maschinenfabrik Oerlikon.
В словаре Брокгауза и Ефрона описывается, что использовали «два 3х фазных генератора Броуна», однако на приведенной схеме и на фото генератор один, его мощность составляла 231 кВА (1400 А при 55 В). Трехфазный генератор был подключен к повышающему трансформатору фирмы AEG, с которого напряжение 8,5 кВ и частотой 40 Гц поступало на линию электропередач длиной 175 км, затем понижалось трансформатором фирмы Oerlikon до 65 В; нагрузкой служил электродвигатель и 1000 ламп накаливания.
Описание схемы очень лаконично: «все обмотки в трансформ. и динамо-маш. соединены звездой, причем общая их точка соединялась с землей».
На схеме можно рассмотреть, что используется и функциональное, и защитное заземление: лампы (справа) подключены без нулевого провода от источника, такое возможно при симметричной нагрузке всех фаз – тогда ток в нулевом проводе будет равен нулю.
Но, если перегорит часть ламп в одной из фаз, то напряжение на этой фазе увеличится (так называемый перекос фаз), что может вызвать перегорание оставшихся ламп.
Заземление общего провода в конце линии уменьшит перекос фаз – такое заземление здесь является функциональным, т.е. обеспечивает нормальную работу системы; но для стабильности питания однофазных нагрузок следовало бы добавить в схему нулевой провод (соединить нейтраль понижающего трансформатора с заземленным контактом ламп), тогда получилась бы система с глухозаземленной нейтралью (TN, Terre-Neutre, Terra-Neitral). Заземление нейтралей высоковольтных обмоток трансформаторов в этой системе было выполнено для обеспечения безопасности: при обрыве и падении на землю провода ЛЭП должен перегорать плавкий предохранитель.
В основном построение и параметры такой линии очень похожи на современные, для ЛЭП с напряжением 6-10 кВ, их также делают 3-х проводными, без нулевого провода (но без заземления нейтрали первичной обмотки). Глухозаземленная нейтраль низковольтной обмотки трансформатора обеспечивает защиту во время аварийных ситуаций в случае замыкания фазного провода на землю или ноль – возникает сверхток, вызывающий срабатывание автоматического выключателя (плавкого предохранителя), в результате аварийный участок быстро обесточивается, что исключает возгорание от искрения или нагрева проводов и поражение электрическим током людей – принцип защиты тот же, что применяли и в 1891 году.
Касательно терминов, которые были определены в упомянутом выше документе «Правила и Нормы для электротехнических устройств сильных токов» 1914 года:
Не совсем понятен смысл такого определения в части «изолированного от земли человека»; обычно человек «заземлен», и окружающие предметы заземляют для того, чтобы исключить разность потенциалов. Видимо, это огрехи перевода (правила переведены с немецкого документа 1907 года), и должно быть «для неизолированного от земли человека»; если же человек изолирован от земли, то будет безразлично, какое он «получит напряжение» (как птичка, без вреда садящаяся на провод под напряжением).
Здесь заземление нейтральной точки – это применяемое и по сей день заземление нейтрали источника питания. Фраза о предохранителях, «урегулированных для напряжения … относительно земли» – очевидно, неточность перевода: о предохранителях нужно было сказать, что они должны соответствовать параметрам установки (причём основная характеристика плавкого предохранителя – не напряжение, а максимально допустимый ток).
Ещё интересный пункт, касающийся молниезащиты (по «дореволюционному» – громоотводов):
Это свидетельство того, что важность защиты от токов, наводимых при попадании молнии в здание, понимали давно; аналогичные требования существуют и сейчас в определенных нормативах, связанных со строительством и электробезопасностью. По сути, это описание системы уравнивания потенциалов: «металлические части, которые имеют большую поверхность соприкасания с землей, например, трубопроводы – должны быть электрически соединены между собой и с молниеотводом».
Использование системы TN-C впервые
Считается, что линии электропередач с применением системы заземления типа TN-C (Terre-Neutre-Combiné или Terra-Neutral-Combined) предложены концерном AEG в 1913 г. Однако на иллюстрирующей схеме показано лишь уменьшение «напряжения прикосновения» (Berührungsspannung) для установки, использующей нулевой проводник, по сравнению с установкой без нулевого провода – когда ток однофазной нагрузки возвращается к источнику питания через землю.
Тут использованы термины, касающиеся защиты (Schutzes) посредством заземления (Erdung) и зануления (Nulling).
Документального подтверждения, что с 1913 года определены термины и современные обозначения типов заземления, я не нашел. Так или иначе, первой стали применять систему TN-C, когда нейтральный проводник, он же рабочий ноль (N – Neutral) и защитный проводник (PE, Protective Earthing – защитное заземление) совмещены в один провод PEN. Если быть дотошным, защитный проводник в такой системе будет «защитным занулением» (Protective Neutral), но общепринята аббревиатура «РЕ», буквально – защитное заземление.
Не буду здесь писать о достоинствах и недостатках такого подключения, но для своего времени это было прогрессивным решением, обеспечивающее относительную безопасность при пользовании электрооборудованием с плавкими предохранителями.
Из этих примеров видно, что уже на заре развития электротехники стали применять функциональное и защитное заземление, принципы передачи трехфазного тока почти не изменились, но смысл терминов по старым нормативам отличался от современных.
Текст: Борис А.
Также читайте на канале
-----------------------------------
Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и делитесь опытом в комментариях!
Внимание! Автор делится своим мнением и не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!