Возникновение разности потенциалов между нулем и землей в системе TT

Системы защитного заземления TNC, TNCS, TNS, TT, IT

Стандарт Стандарт ПУЭ 1.7, EN60950, IEC60364
Схемы электроснабжения нагрузки TNC, TNCS, TNS, TT, IT

TNC – Нейтраль и PE («земля») объединены вместе везде в системе в единую щину PEN.
Neutral and PE (protected earth conductor) are combined throughout the system.

TNS – Нейтраль соединена с землёй трансформатора, но не соединена с землёй (PE) где-нибудь ещё в системе. PE приходит на объект от трансформатора отдельно и может быть соединена с местной землёй.

Neutral is earthed at the transformer but is not bonded to earth or the PE elsewhere. PE is carried to the site from the transformer and bonded to site earth.

TNCS – Общая в начале шина PEN затем разъеделяется на 2 отдельных проводника: N (нейтраль) и PE (защищённую шину земли). Стандарт США – разновидность данного. Нейтраль заземлена на трансформаторе.

TNCS splits the combined PEN into a separate neutral and PE at service entry (U.S. practice is a variation of this). The neutral is earthed at the transformer.

TT – Нейтраль заземлена на трансформаторе. Местная Земля – PE (объект-потребитель) не связана с нейтралью. Между землёй трансформатора и землёй потребителя (PE) соединений нет.

Neutral is earthed at the transformer. The PE originates at site but is not bonded to the neutral. There is no interconnection between PE and transformer earth.

IT – Нейтраль трансформатора не заземлена (или заземлена через сопротивление с высоким импедансом).

The transformer is unearthed (or earthed through high impedance). The PE originates at site but is not bonded to a service conductor; no conductor in this system is designated as ‘neutral’ (standard IT system).

Разновидности IT системы:

• A) проводник «N / Нейтраль» отсутствует в системе (стандартная счистема IT).
• B) проводник «N / Нейтраль» есть в системе.

Нейтраль на потребителе также не заземлена (или заземлена через сопротивление с высоким импедансом).

Для обоих случаев возможны разновидности:

• I) Местная Земля – PE (объект-потребитель) отсутствует. Потребитель использует PE от трансформатора.
• II) Местная Земля – PE (объект-потребитель) есть. Потребитель может использовать местную Землю или Землю трансформатора. Эти Земли могут быть как соединены так и не соединены.

Главное требование системы IT – незаземлённая или импедансно-заземлённая нейтраль трансформатора.

Термины / сокращения:

• T – Terra / Земля (лат. terra, франц. terre)
• N – Neutral / Нейтраль
• C – Combined / Совмещённый
• S – Separated / Отдельный
• I – Isolated / Изолированный (франц. terre isolee)
• PE – Protected Earth conductor / Защищённая шина Земли
• PEN – Protected Earth + Neutral conductor / единая шина объединяющая Нейтраль (N) и Землю (PE)

Различные стандарты СИСТЕМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Трём системам заземления дан официальный статус посредством стандарта (IEC 60364) который подразделяется на большое число национальных стандартов.

Системы TN

Основные принципы схемы TN:

• Нейтраль трансформатора заземлена, поэтому корпуса нагрузок (подключенные к заземлению PE или PEN трансформатора) оказываются гальванически соединены с нейтралью.
• Нагрузка не имеет местного заземления.

Существующие варианты схемы TN:

• TNC – «Земля» и нейтраль объединены в 1 проводнике (PEN) (C = Combined).
• TNS – «Земля» и нейтраль разъединены (PE и N) (S = Separate).
• TNCS = TNC+TNS Объединённые вначале «Земля» и нейтраль затем разъединяются (CS = Combined then Separate). То-есть TNC преобразуется в TNS.

Система TNS не может существовать перед системой TNC.

Система TNС (TN-C). Нарушение изоляции в системе TNC

Общие замечания:

В системе TNC, с защитными токовыми автоматами, нарушение изоляции опасно. Разрушение изоляции, то есть замыкание фазного проводника на «Землю» вызывает рост тока замыкания до максимального значения, ограниченного защитными автоматами в цепи.

Такая защита во многих случаях достаточна для защиты самой нагрузки, но не является полной, например если изоляция разрушена не полностью и ток фаза-«Земля» недостаточен для срабатывания защитного автомата. Однако этого может привести к возникновению пожара или для опасного поражения током человека, а защитный автомат при этом не сработает (не обеспечит защитное отключения аварийного участка цепи).

Cистема имеет самый низкий уровень безопасности так как УЗО корректно установить невозможно.

Несмотря на опасность система продолжает использоваться в России в т.ч. на госпредприятиях. В России в настоящий момент вытесняется системой TNS.

Подробные замечания:

Рис.1. Нарушение изоляции в системе TNC

Возможные варианты:

• Человек коснулся фазного проводника и «Земли» одновременно.
• При затоплении (пожаре и др.) изоляция провода разрушена и фаза замкнулась на корпус (на «Землю»).
• Изоляция старого провода разрушена и фаза замкнулась на корпус (на «Землю»).

Система TNS (TN-S). Нарушение изоляции в системе TNS

Общие замечания:

В системе TNS, с защитными токовыми автоматами, нарушение изоляции опасно. Разрушение изоляции, то есть замыкание фазного проводника на «Землю» вызывает рост тока замыкания до максимального значения, ограниченного защитными автоматами в цепи.

Такая защита во многих случаях достаточна для защиты самой нагрузки, но не является полной, например, если изоляция разрушена не полностью и ток фаза-«Земля» недостаточен для срабатывания защитного автомата.

Тем не менее, этого тока может быть достаточно для возникновения пожара или для опасного поражения током человека, а защитный автомат при этом не сработает (не обеспечит защитное отключения аварийного участка цепи).

Максимальная степень безопасности может быть достигнута путём установки УЗО. Система является самой распространённой в мире. В России введена как стандарт.

Степень безопасности TNS выше чем TNC по следующим причинам (П1, П2):

• П1) защитные автоматы в TNS при срабатывании могут размыкать цепь полностью (как нейтраль так и фазы), защитная шина «Земли» PE продолжает при этом выполнять свои функции. В то время, как и в системе TNC при аварии могут быть разомкнуты только фазы.
• П2) Защитный проводник «Земля» PE выполняет только свои функции, то есть служит заземлением. В то время как в системе TNC защитный проводник выполняет сразу две функции:  заземления и нейтрали, что может привести к проблемам, например: нагрузка (ПК) будет «зависать» от помех из-за некачественного заземления, так как на заземляющем проводнике возникают наводки (помехи), вызванные текущим по нему току нагрузки.

Подробные замечания:

Рис.2. Нарушение изоляции в системе TNS

Возможные варианты:

• Человек коснулся фазного проводника и Земли одновременно.
• При затоплении (пожаре и др.) изоляция провода разрушена и фаза замкнулась на корпус («Землю»).
• Изоляция старого провода разрушена и фаза замкнулась на корпус («Землю»).

Система TNСS (TN-C-S). Нарушение изоляции в системе TNСS

Общие замечания:

В системе TNS, с защитными токовыми автоматами, нарушение изоляции опасно. Разрушение изоляции, то есть замыкание фазного проводника на «Землю» вызывает рост тока замыкания до максимального значения, ограниченного защитными автоматами в цепи.

Такая защита во многих случаях достаточна для защиты самой нагрузки, но не является полной, например, если изоляция разрушена не полностью и ток фаза-«Земля» недостаточен для срабатывания защитного автомата.

Тем не менее, этого тока может быть достаточно для возникновения пожара или для опасного поражения током человека, а защитный автомат при этом не сработает (не обеспечит защитное отключения аварийного участка цепи).

Система защиты имеет средний уровень безопасности, так как установив УЗО можно добиться достаточно высокой степени безопасности, но при этом остаётся проблема некачественного заземления из-за использования объединённой шины PEN.

Подробные замечания:

Рис.3. Нарушение изоляции в системе TNCS

Возможные варианты:

• Человек коснулся фазного проводника и Земли одновременно.
• При затоплении (пожаре и др.) изоляция провода разрушена и фаза замкнулась на корпус («Землю»).
• Изоляция старого провода разрушена и фаза замкнулась на корпус («Землю»).

Система TT

Основные принципы схемы TT:

• Нейтраль трансформатора заземлена.
• «Земля» / корпус нагрузки также заземлены.
• «Земля» трансформатора не связана кабелем с землёй нагрузки / потребителя (PE).

Нарушение изоляции в системе TT

Общие замечания:

Степень безопасности зависит от сопротивления между «Землей» трансформатора ТП и «Землей» потребителя. Если это сопротивление низкое, безопасность такая же как в TNS с УЗО. Если это сопротивление высокое, безопасность системы снижается, так как УЗО может не сработать.

Установка УЗО является общепринятой в системе TT. Данная система в России используется редко.

Подробные замечания:

Рис.4. Нарушение изоляции в системе TT

Возможные варианты:

• Человек коснулся фазного проводника и Земли одновременно.
• При затоплении (пожаре и др.) изоляция провода разрушена и фаза замкнулась на корпус («Землю»).
• Изоляция старого провода разрушена и фаза замкнулась на корпус («Землю»).

Показана стандартная схема ТТ с УЗО. Ток пробоя (нарушения) изоляции фазных проводов и нейтрального провода ограничен сопротивлением (импедансом) участка между «Землей» трансформатора и «Землей» потребителя.

Защита обеспечена Устройством защитного отключения (УЗО): повреждённый блок / участок отключается устройством УЗО как только порог тока ΔI УЗО помещённого перед данным блоком / участком будет превышен током утечки / пробоя изоляции (на землю) IL:

IL > ΔI

IL = UL / RL – ток пробоя / утечки / leakage

Условие надёжной работы УЗО:

R (CD)

Источник: https://www.xn--80aacyeau1asblh.xn--p1ai/reference/tech-articles/234-protection-systems

Система уравнивания потенциалов

Согласно ПУЭ* (п.1.7.32.): Уравнивание потенциалов — это электрическое соединение проводящих частей* для достижения равенства их потенциалов.

Для чего же нужна система уравнивания потенциалов? Что бы разобраться представим схему электроснабжения ванной комнаты:

Из приведенной выше схемы видно, что ток, при включении стиральной машины в розетку, проходит через ее электродвигатель и возвращается обратно в сеть через N-шину по нулевому проводу.

От той же N-шины выполнено заземление (зануление) корпуса стиральной машины, это необходимо для того, что бы в случае повреждения изоляции в стиральной машине и замыкании на ее корпус произошло отключение напряжения аппаратом защиты. Но т.к.

корпус стиральной машины подключен к той же N-шине по которой протекает ток через нулевой провод, возникает опасность перетекания тока от нулевого провода через N-шину к корпусу стиральной машины и появлении на нем электрического потенциала.

Справочно: За направление движения тока условно принимается направление электрической энергии — от генератора, к потребителю.

Как известно напряжение (обозначается буквой U) — это разница потенциалов двух точек (обозначаются буквами φ1 и φ2):

U=   φ1 — φ2

Например, в нашем случае, фазный провод имеет потенциал φ1=220 Вольт, а нулевой провод имеет потенциал φ2=0 Вольт, тогда напряжение между фазным и нулевым проводом (напряжение сети) будет равно:

U=220 — 0 =220 Вольт

Кроме нулевого провода нулевой потенциал так же имеют все проводящие конструкции здания имеющие контакт с землей, например: система отопления, металлические трубы подачи горячей и холодной воды, металлическая газовая труба, арматура здания и т.д.

Представим ситуацию: на корпусе стиральной машины, в результате изображенного на вышеуказанной схеме подключения, появился электрический потенциал, равный, к примеру, 30 Вольт, в это время человек приняв ванну оперся на стиральную машину, потянулся за полотенцем и коснулся полотенцесушителя, который, через систему отопления имеет связь с землей (т.е. его потенциал равен нулю), человек может получить удар током, т.к. ток, как известно, протекает по пути наименьшего сопротивления:

Напряжение между рукам (т.е. между точками «А» и «В») будет равно:

U=   φ1 — φ2=30 — 0 =30 Вольт

Ток пройдет по корпусу стиральной машины, далее по цепи рука-рука на полотенцесушитель а с него по системе отопления в землю, кроме того ток так же может пройти по цепи рука-нога, т.к. пол в ванной, как правило, так же является токопроводящим.

Для того что бы предотвратить такое развитие событий и применяется система уравнивания потенциалов:

В данном случае, даже при возникновении вышеизложенной ситуации с появлением электрического потенциала на корпусе стиральной машины, потенциал той же величины возникнет на всех проводящих конструкциях и следовательно напряжение между любыми точками здания будет равным нулю.

Например, на корпусе стиральной машины появился потенциал φ1 = 30 Вольт, в этом случае на всех проводящих конструкциях ванной комнаты через систему уравнивания потенциалов, появится потенциал той же величины φ2 = 30 Вольт. Напряжение в этом случае будет равно:

U=   φ1 — φ2= 30 — 30 = 0 Вольт

2. Устройство системы уравнивания потенциалов.

Система уравнивания потенциалов (СУП) делится на основную (ОСУП) и дополнительную (ДСУП).

2.1 Устройство основной системы уравнивания потенциалов.

Основная система уравнивания потенциалов (ОСУП) выполняется, как правило при новом строительстве либо реконструкции здания и должна предусматривать подключение к главной заземляющей шине (PE-шина) следующие проводящие части* (согласно п. 1.7.82. ПУЭ):

1) нулевой защитный проводник питающей линии;

2) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание (если есть заземлитель);

3) металлические трубы коммуникаций, входящих в здание: горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п.

Если трубопровод газоснабжения имеет изолирующую вставку на вводе в здание, к основной системе уравнивания потенциалов присоединяется только та часть трубопровода, которая находится относительно изолирующей вставки со стороны здания;

4) металлические части каркаса здания;

5) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования. При наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине РЕ щитов питания вентиляторов и кондиционеров;

6) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категорий;

7) заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

8) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Проводящие части, входящие в здание извне, должны быть соединены как можно ближе к точке их ввода в здание.

Подключение проводящих частей основной системы уравнивания потенциалов должно выполняться по радиальной схеме, т.е. к каждой проводящей части должен идти отдельный заземляющий проводник от PE-шины.

Сечение проводников основной системы уравнивания потенциалов должно быть не менее половины наибольшего сечения защитного проводника электроустановки, если сечение проводника уравнивания потенциалов при этом не превышает 25 мм2 по меди или равноценное ему из других материалов. Применение проводников большего сечения, как правило, не требуется. Сечение проводников основной системы уравнивания потенциалов в любом случае должно быть не менее: медных — 6 мм2, алюминиевых — 16 мм2, стальных — 50 мм2. (п.1.7.137 ПУЭ)

Внутри вводных электрощитков в соответствии с п. 1.7.119. ПУЭ в качестве ГЗШ должна использоваться PE шина. Как это выглядит разберем на примере подключения к ОСУП газовой трубы частного жилого дома:

Для подключения проводников системы уравнивания потенциалов к трубам применяют специальные хомуты:

2.2 Устройство дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Система дополнительного уравнивания потенциалов (ДСУП) должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток. (п. 1.7.83. ПУЭ)

Таким образом ДСУП является обязательной для помещений с повышенной опасностью в отношении поражения человека электрическим током, в которых имеется возможность одновременного прикосновения человека к открытым проводящим частям стационарного электрооборудования с одной стороны и сторонней проводящей частью — с другой.

Для ванных и душевых помещений дополнительная система уравнивания потенциалов является обязательной

Источник: https://elektroshkola.ru/zazemlenie/sistema-uravnivaniya-potencialov/

Разница потенциалов между землей и нулем

Практически каждый из нас слышал о том, что большинство бытовых приборов нужно заземлять, но мало кто может сказать, для чего, и как оно вообще работает.

Еще меньше людей знают, что такое зануление, и совсем немногие могут ответить на вопрос о том, чем отличается ноль от земли.

Тем не менее от правильного заземления или зануления зависит человеческая жизнь, поэтому приведенную в этой статье информацию без преувеличения можно назвать жизненно важной.

Для чего нужно заземлять электроприборы

Предположим, вы купили стиральную машину и установили ее в ванной комнате, подключив к обычной розетке. В этом случае электрическая схема подключения будет выглядеть следующим образом:

Здесь буквами «Г» обозначен источник напряжения (скажем, стоящая во дворе трансформаторная подстанция), «П» — потребитель, то есть ваша стиральная машинка. Пока все в порядке.

Генератор вырабатывает ток (слева на рисунке трехфазный, справа — обычный однофазный), этот ток бежит по «фазным» проводам (черного цвета), крутит мотор прибора и возвращается по синему, «нулевому», который на трансформаторной подстанции согласно ТУ обязательно соединен с землей.

Корпус прибора, обозначенный серым цветом, естественно, не соединяется с электросетью, а значит, не находится под напряжением и его можно касаться.

Но что произойдет, если сетевое напряжение случайно (сыро, вибрации, перетерлась изоляция, брак и пр.) окажется на металлическом корпусе машинки? Ток как крутил мотор, так и продолжает крутить, все вроде в порядке. Но если вы коснетесь корпуса прибора, часть напряжения пойдет через ваше тело в землю, а что такое поражение электрическим током, известно всем:

Если корпус прибора не заземлен, то при малейшей неисправности оборудования человек может попасть под напряжение.

Причем для того чтобы попасть под опасный для жизни ток, совершенно необязательно стоять на сырой земле — для этого вполне достаточно, к примеру, водопроводных труб, или даже просто бетонного пола ванной комнаты.

Но если бы металлический корпус злосчастной стиральной машинки был соединен с той же землей, то все напряжение с неисправного прибора «стекло» бы в землю, и смертельной опасности не возникло.

Итак, чтобы защитить человека от случайного поражения электрическим током при неисправности оборудования, необходимо соединить открытые металлические части прибора (шасси, кожух и пр.) с землей.

Зануление — что это такое и как его сделать

Поскольку нулевой провод, как говорилось выше, уже заземлен у генератора или на трансформаторной подстанции, то проще всего заземлить кожух прибора, электрически соединив его с нулем прямо в самом приборе или розетке:

В этой схеме нижний провод является одновременно и питающим, и защитным.

Теперь если даже напряжение попадет на корпус устройства, оно стечет через провод, отмеченный красным, в землю. Если ток небольшой (так называемая «утечка»), то вы этого даже не заметите.

Если неисправность серьезная, то произойдет короткое замыкание, и в электрощите или на подстанции сработает аварийная система защиты, отключая неисправный потребитель — вашу машинку, а заодно и полдома.

Напряжение с корпуса прибора «стекает» через ноль и для человека безопасно.

Казалось бы, нет ничего проще, но простота эта лишь кажущаяся. Во-первых, длина нулевого проводника от места заземления до вашей стиральной машины может быть очень большой — десятки и даже сотни метров.

Таким образом, разность потенциалов между нулем в вашей розетке и реальной землей может достигать десятки вольт, что уже небезопасно. Если взяться за корпус прибора с таким потенциалом, стоя на сыром кафеле, можно попасть под опасное напряжение.

Еще один вариант. В результате аварии ноль в том или ином месте отгорает. Все электрооборудование окажется неработоспособным (току некуда течь), но все оно одновременно окажется под высоким напряжением, включая и корпуса зануленных приборов. Малейшее касание, казалось бы, обесточенного оборудования — и человек под током!

Таким образом, несмотря на всю простоту исполнения, зануление имеет существенные недостатки:

1. Если длина нулевого провода велика, зануленный прибор все равно окажется под напряжением относительно земли — хоть и не полным сетевым, но не менее опасным.
2. В случае обрыва нулевого провода все зануленное оборудование превращается в смертельно опасное. Причем опасность эта увеличивается многократно тем, что с виду оборудование кажется обесточенным — лампы не горят, чайник не греет, машинка не стирает.

Заземление: что это и чем отличается от зануления

Теперь пора выяснить, что такое заземление, а заодно и решить вопрос о том, чем отличается заземление от зануления. По сути, заземление — электрическое соединение с землей. Именно это и делают электрики на подстанциях и в электрощитах — заземляют нулевой провод. Но чем чревато зануление вы уже знаете — это было описано выше. Осталось решить такой вопрос: «Ноль и земля — в чем разница?»

Предположим, в вашей ванной комнате есть гипотетический болт с гайкой, надежно соединенный с землей. Если вы подключите к нему корпус вашей стиральной машины, то она окажется надежно заземлена, причем не «где-то там», на подстанции, а «здесь». Это и есть заземление.

Поскольку заземляющий провод имеет небольшую длину, целостность его легко контролировать визуально, а падения напряжения на нем, в отличие от нулевого провода, не может быть по определению, ведь в обычном режиме заземление не используется для питания электроприборов — для этого служит нулевой провод.

Пользоваться заземленным прибором можно абсолютно безопасно.

Итак, чем отличается ноль от заземления? Ответ очевиден: напряжение на заземлении относительно земли (простите за каламбур) всегда равно нулю. Напряжение же на нулевом проводе относительно земли далеко не всегда равно нулю, а потому утверждение «Прибор занулен, а значит, электробезопасен» не всегда есть истина.

Естественное или искусственное

В зависимости от поставленной задачи можно использовать естественное и ли искусственное заземление.

Естественное заземление, по сути, удачное стечение обстоятельств. Оно не создавалось специально для заземления приборов, но вполне может использоваться в этих целях. К примеру, водопроводный кран.

Все трубы, подводящие к нему воду, находятся в земле, а значит, имеют с ней хороший электрический контакт (конечно, если они металлические). Рядом с домом вкопан длинный металлический шест или труба, скажем, молниеотвод.

Они тоже могут применяться в качестве рабочего заземления.

Но и тут есть одно «но». Вы уверены, что водопровод надежно соединен с землей, а не лежит, скажем, в бетонных желобах? А может, сосед снизу решил заменить кусок стояка и разрезал его пополам? Неуверены, не знаете.

Если вы заземлили прибор, «прикрутив» его кожух к водопроводному крану, и, не дай Бог, произошла авария, то в вышеуказанных случаях под опасным для жизни напряжением окажется весь водопроводный стояк, а значит, и десятки водопроводных кранов в десятках квартир!

Таким образом, естественное заземление можно использовать только в следующих случаях:

1. Вы уверены, что используемая арматура (тот же водопровод) надежно соединена с землей и не может быть демонтирована без вашего ведома.
2. Вы заземляете устройство, которое по определению не может оказаться под опасным для жизни напряжением. К примеру, корпус автономного приемника для более уверенного приема или жало паяльника, браслет для снятия статического электричества перед монтажом чувствительной к статике аппаратуры.

Во всех других случаях необходимо изготовить заземление самостоятельно, и называться оно будет искусственным.

Делаем искусственный вариант

Самостоятельно изготовить заземление совсем несложно, но потрудиться придется.

Прежде всего придется выкопать яму глубиной метра полтора, а если почва песчаная, то лучше два. В эту яму нужно уложить массивный металлический предмет.

Подойдет лист железа, мятая старая бочка, кастрюля или ведро (не эмалированные!), рама какого-либо механизма, решетка, сваренная из арматуры или ненужных труб.

Чем больше площадь предмета, тем надежнее будет заземление, но минимум — сплющенное ведро.

Теперь к этому предмету нужно приварить или, используя болты, надежно и прочно прикрутить толстый провод. Это может быть толстая железная проволока «катанка», арматура или просто толстый провод. Место соединения провода с предметом, который будет служить заземлением, нужно защитить от коррозии — покрасить, залить битумом и пр.

 Осталось закопать яму, утрамбовать землю и хорошенько ее полить обычной водой. Заземление готово!

Источник: ObInstrumentah.info

Да все притом.

Источник: https://kotelvdome.info/other/raznitsa-potentsialov-mezhdu-zemlej-i-nulem.html

Заземление и зануление

В электротехнике существует два понятия – заземление и зануление, при практическом применении которых большинство пользователей электроприборов впадают в заблуждение, ставя между ними знак равенства. На самом деле они принципиально отличаются друг от друга. Сегодня мы расскажем о том, в чем заключается эта разница.

Откуда появился ноль, и каким он бывает

Если рассматривать планету Земля с точки зрения электротехники, то она является сферическим конденсатором. В нем три элемента:

1. Земная твердь, имеющая отрицательный потенциал.
2. Ионосфера – слой атмосферы, воспринимающий и частично рассеивающий излучения Солнца. Она имеет положительный потенциал.
3. Газовая атмосфера, имеющая диэлектрические свойства и играющая роль обкладки.

Разница потенциалов между обкладками этого глобального конденсатора равна 300 тыс. вольт. Она уменьшается по мере приближения к поверхности. Так, на высоте 100 метров ее значение 10 тыс. вольт.

Почему мы считаем потенциал Земли равным нулю, ведь на самом деле он имеет вполне материальное значение, хотя и c отрицательным знаком? Этот вопрос стоит задать ученым XVIII или XIX веков, заложивших основы электротехники.

Например, английскому физику Майклу Фарадею. Так им было удобнее измерять напряженность электромагнитного поля – принять за точку отсчета (ноль) Землю. Этот прием используется во многих отраслях науки. Например, в термодинамике. В ней за абсолютный ноль принята температура, при которой прекращается движение электронов в атомной структуре любого вещества.

Это так называемая шкала Кельвина, которая отличается от другой системы измерения температур – она предложена Андерсом Цельсием – на 273 градуса со знаком минус.

Итак, электрический ноль – это условное понятие, которое применяют в отношении любого предмета с отрицательным потенциалом. Его можно получить тремя способами:

1. Присоединившись к земной тверди, отчего и произошло понятие «заземление».
2. Кристаллическая решетка всех металлов имеет отрицательный заряд разной величины, что определяет степень их электрохимической активности. Поэтому достаточно присоединиться к металлическому предмету большой массы и объема. Два последних условия являются обязательными, поскольку тело должно иметь электрическую емкость, сравнимую с Земной. Это называется рабочим заземлением.
3. Соединив проводники с текущим по ним переменным током так, чтобы в общей точке сумма их векторного сложения была равна нулю (так называемая схема звезда), из-за чего ее назвали нейтралью. Это основа приема, называемого в электротехнике занулением.

Заземление, зануление и нейтраль

Перечисленные выше способы получения электрического нуля используются в трех разных целях:

1. Обеспечение безопасности людей.
2. Защиты электроустановок.
3. Обеспечение нормальной работы электроустановок.

Заземление

Это система, состоящая из заземлителя – любой металлической детали, имеющей непосредственный контакт большой площади с физической землей, а также соединительного проводника, передающего условно нулевой потенциал на детали электроустановки, которые не имеют непосредственного контакта с токоведущими частями. Последний в электротехнике называется «нулевой защитный проводник», на схемах он обозначается литерами РЕ.

Применяется исключительно для защиты людей от поражения электрическим током за счет свойства, который имеет электрический заряд. Он распространяется только по пути наименьшего сопротивления. У защитного проводника и заземлителя оно не превышает единиц Ом, а тело человека, даже по кратчайшему пути прохождения тока, имеет электрическое сопротивление 1 кОм.

Используется в линиях напряжением до 1 тыс. вольт, подключенных к силовым трансформаторам по схеме глухозаземленной нейтрали – выходные обмотки соединены звездой, а общая точка (N) дополнительно подключена к заземлителю.

Защитные проводники подключаются только к корпусам однофазных электроприборов.

Нейтраль и рабочее заземление

Нейтраль – это проводник, являющийся общим для трех обмоток (схема «звезда») на выходе силового трансформатора. Разность потенциалов между ним и фазным проводником равна 220 вольт. На схеме обозначается буквой N.

В однофазной сети переменного тока нейтраль используется для обеспечения работы электроустановок. Она делает цепь замкнутой, по ней течет ток. Второе ее предназначение – защита техники.

При пробое изоляции или случайном касании проводников происходит короткое замыкание – мгновенное возрастание силы тока в десятки и сотни раз, что приводит к срабатыванию приборов защиты.

Например, автоматических выключателей.

То, что по ней протекает ток, позволяет косвенно использовать её и для защиты людей.

Для этого в схему питания электроустановки включается УЗО, работающее на принципе измерения разницы токов в фазном и нейтральном проводнике (дифференциальный трансформатор).

Если человек прикасается к токоведущим частям, заряд уходит через него на землю, поскольку общее электрическое сопротивление тела меньше, чем электроустановки.

Баланс токов нарушается и УЗО отключает питание. То же самое происходит, если в результате пробоя изоляции фаза оказывается на корпусе прибора, к которому подключен защитный заземляющий проводник РЕ.

ВНИМАНИЕ! Категорически нельзя объединять проводники, обозначенные на схемах литерами PE и N, ведь у них разные задачи!

Ярким примером того, что между нейтралью и заземлением есть разность потенциалов, является схема подключения автомобильного генератора. По своей физической сущности он является трехфазной машиной переменного тока, статорные обмотки которого соединены звездой.

К выводу их общей точки подключается якорь реле, которое гасит лампочку «заряд» на панели приборов, после того, как генератор начинает вырабатывать ток. Происходит это потому, что между нейтралью и корпусом автомобиля возникает разность потенциалов, равная пяти вольтам.

Рабочее заземление на массу в сетях переменного тока напряжением свыше 127 вольт применяется только при выполнении специальных работ. Например, сварочных, когда требуется поджечь электрическую дугу. И является основным способом обеспечения функционирования установок постоянного тока, если соединение с физической землей невозможно.

На этом принципе построена электрическая схема автомобиля. Минусовая клемма аккумулятора замыкается на кузов, чем обеспечивается необходимая разность потенциалов.

Зануление

При подключении трехфазных электроустановок нередко возникает вопрос: «Зачем в кабеле четвертый, нулевой, провод, если напряжение 220 вольт не используется?» Эта жила может играть две роли:

1. Защитного проводника PE при отсутствии общей точки подключения трансформаторов (схема «треугольник»).
2. Технической нейтрали N, если выходные обмотки трансформатора соединены звездой.

В последнем случае нулевой провод подключается к металлическому корпусу электроустановки. Это и называется занулением. Оно предназначено лишь для защиты электротехники. Причем исключительно трехфазной и особенно той, которая из-за особенностей конструкции не имеет надежного соединения с физической землей.

Например, передвижных генераторов, ленточных пилорам с перемещаемым рабочим органом. Рабочий персонал зануление от электротравмы не спасает, поскольку между нейтралью и физической землей всегда существует разница потенциалов.

Заземление и нейтраль – это проводники, условно имеющие потенциал, равный нулю. При общем сходстве они выполняют разные задачи. Первый защищает человека от электротравмы. Второй обеспечивает работу электроустановки. Поэтому их нельзя объединять или подменять одно другим.

Источник: https://electriktop.ru/baza-znaniy/zazemlenie-i-zanulenie.html

Земля как источник бесплатного электричества

Затраты на электроэнергию растут с каждым повышением тарифов. И если городские жители для уменьшения финансовых трат сокращают лишнее потребление электроэнергии, то владельцы частных домов имеют возможность дополнительно получать электричество из земли.

Получаем бесплатное электричество из земли

Вопрос эффективности

Получение электричества из земли окутано мифами – в Интернет регулярно выкладываются материалы на тему получения бесплатной электроэнергии за счет использования неисчерпаемого потенциала электромагнитного поля планеты.

Однако многочисленные видео, на которых самодельные установки добывают ток из земли и заставляют сиять многоваттные лампочки или крутиться электромоторы, являются мошенническими.

Если бы получение электричества из земли было настолько эффективно, атомная и гидроэнергетика давно ушли бы в прошлое.

Однако бесплатное электричество добыть из земной оболочки вполне реально и сделать это можно своими руками. Правда, полученного тока хватит только на светодиодную подсветку или на то, чтобы не торопясь подзарядить мобильное устройство.

Напряжение из магнитного поля Земли – возможно ли!?

Для получения тока из природной среды на постоянной основе (то есть, исключаем разряды молний), нам необходим проводник и разность потенциалов.

Найти разность потенциалов проще всего в земле, которая объединяет все три среды – твердую, жидкую и газообразную.

По своей структуре грунт представляет собой твердые частички, между которыми присутствуют молекулы воды и пузырьки воздуха.

Важно знать, что элементарной единицей почвы является глинисто-гумусовый комплекс (мицелла), который обладает определенной разностью потенциалов. Внешняя оболочка мицеллы накапливает отрицательный заряд, внутри нее формируется положительный.

Этим почва выгодно отличается от водной и воздушной среды и дает возможность своими руками создать устройство для добычи электроэнергии.

Способ с двумя электродами

Простейший способ получить в домашних условиях электроэнергию – использовать принцип, по которому устроены классические солевые батарейки, где использована гальваническая пара и электролит. При погружении стержней, выполненных из разных металлов, в раствор соли, на их концах образуется разность потенциалов.

Мощность такого гальванического элемента зависит от целого ряда факторов, включая:

• сечение и длину электродов;
• глубину погружения электродов в электролит;
• концентрацию солей в электролите и его температуру и т.д.

Чтобы получить электричество, требуется взять два электрода для гальванической пары – один из меди, второй из оцинкованного железа.

Электроды погружают в грунт приблизительно на глубину в полметра, установив их на расстоянии около 25 см, относительно друг друга. Грунт между электродами следует хорошо пролить раствором соли.

Замеряя вольтметром напряжение на концах электродов спустя 10-15 минут, можно обнаружить, что система дает бесплатно ток около 3 В.

Добыча электричества с помощью 2-х стержней

Если провести ряд экспериментов на разных участках, выяснится, что показания вольтметра варьируются в зависимости от характеристик грунта и его влажности, размеров и глубины установки электродов. Для повышения эффективности рекомендуется ограничить при помощи куска трубы подходящего диаметра контур, куда будет заливаться солевой раствор.

Внимание! Требуется использовать насыщенный электролит, а такая концентрация соли делает почву непригодной для роста растений.

Способ с нулевым проводом

Напряжение в жилой дом подается с использованием двух проводников: один из них фаза, второй – нуль.

Если дом оборудован качественным заземляющим контуром, в период интенсивного потребления электроэнергии часть тока уходит через заземление в грунт.

Подключив к нулевому проводу и заземлению лампочку на 12 В, вы заставите ее светиться, поскольку между контактами нуля и «земли» напряжение может достигать 15 В. И этот ток электросчетчиком не фиксируется.

Добыча электричества с помощью нулевого провода

Схема, собранная по принципу ноль – потребитель энергии – земля, вполне рабочая. При желании для выравнивания колебаний напряжения можно использовать трансформатор. Недостатком является нестабильность появления электричества между нулем и заземлением – для этого требуется, чтобы дом потреблял много электроэнергии.

Обратите внимание! Данный способ добывать даровое электричество пригоден только в условиях частного домовладения. В квартирах нет надежного заземления, а использовать в этом качестве трубопроводы систем отопления или водоснабжения нельзя.

Тем более запрещено соединять контур заземления с фазой для получения электричества, так как заземляющая шина оказывается под напряжением 220 В, что смертельно опасно.

Несмотря на то, что такая система задействует для работы землю, ее нельзя отнести к источнику земной электроэнергии.

Как добыть энергию, используя электромагнитный потенциал планеты, остается открытым.

Энергия магнитного поля планеты

Земля представляет собой своего рода конденсатор сферической формы, на внутренней поверхности которой накапливается отрицательный заряд, а снаружи – положительный. Изолятором служит атмосфера – через нее проходит электрический ток, при этом разность потенциалов сохраняется. Утерянные заряды восполняются за счет магнитного поля, которое служит природным электрогенератором.

Как получить на практике электричество из земли? По сути, необходимо подсоединиться к полюсу генератора и организовать надежное заземление.

Устройство, получающее электричество из природных источников, должно состоять из следующих элементов:

• проводник;
• заземляющий контур, к которому подсоединен проводник;
• эмиттер (катушка Тесла, высоковольтный генератор, позволяющий электронам покидать проводник).

Схема получения электроэнергии

Верхняя точка конструкции, на которой расположен эмиттер, должна располагаться на такой высоте, чтобы за счет разницы потенциалов электрического поля планеты электроны поднимались по проводнику вверх.

Эмиттер их будет освобождать из металла и в виде ионов выпускать в атмосферу. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока потенциал в верхних слоях атмосферы не станет вровень с электрическим полем планеты.

К цепи подключается потребитель энергии, причем чем эффективнее работает катушка Тесла, тем выше сила тока в цепи, тем больше (или мощнее) потребителей тока можно подключить к системе.

по теме:

Из этого следует

Электроэнергия из земли потенциально может быть добыта, но сегодня нет технологий, которые позволяют сделать это эффективно.

Если есть свой дом с участком, то можно поэкспериментировать с созданием земляной батареи из листов меди и алюминиевой фольги – чертежи и фотографии легко найти в Интернете.

Но практика показывает, что мощность сделанного конденсатора заметно ниже заявленной и конструкция быстро выходит из строя. При этом финансовые затраты на материалы вряд ли когда-либо окупятся.

Источник: https://ProfiTeplo.com/toplivo/25-elektrichestvo-iz-zemli.html