что такое заземление

Заземление — это преднамеренное электрическое соединение оборудования, токоведущих частей или точек системы с землей (или ее эквивалентом) для обеспечения безопасности людей, надежности работы устройств и стабилизации напряжений.

Назначение и принцип действия ⚡

Заземление снижает опасность поражения электрическим током, отводя аварийные токи короткого замыкания и утечки в землю по пути с минимальным сопротивлением. При пробое изоляции, попадании молнии или накоплении статического заряда создается безопасная токовая петля, которая приводит к быстрому срабатыванию защиты и нивелированию потенциалов на открытых проводящих частях.

Главная задача заземления — обеспечить безопасные прикосновения к корпусам и конструкциям, даже если внутри устройства произошла неисправность.

Классификация и области применения 🛡️

Разновидности заземления различаются по цели (защитное, функционирование схемы, молниезащита), по исполнению (естественные и искусственные заземлители), и по типу системы электроснабжения (TN, TT, IT). Ниже — обзор ключевых вариантов.

Тип	Назначение / применение	Схема/подсистема	Преимущества	Ограничения и риски	Нормативные ориентиры
Защитное (PE)	Безопасность людей, отключение при КЗ на корпус	TN, TT, IT	Быстрое срабатывание автоматики, уравнивание потенциалов	Нужны надёжные соединения; ошибки монтажа опасны	ПУЭ; ГОСТ Р 50571; IEC 60364
Рабочее (функциональное)	Стабилизация нуля, снижение помех	Нейтраль трансформатора, электроника	Повышает устойчивость схем	Нельзя заменять им защитное PE	ГОСТ Р 50571.5.54
Молниезащитное	Отвод импульса молнии к земле	Молниеотвод, токоотвод, заземлитель	Защита конструкций и оборудования	Требует малых импедансов и корректного расположения	РД 34.21.122-87; СО 153-34.21.122
Статическое	Снятие статических зарядов	Технологические линии, топливозаправки	Предотвращает искрообразование	Нужен постоянный контроль контакта	OT/ПБ на ОПО, отраслевые регламенты
Сигнальное (EMC)	Снижение электромагнитных помех	Единая шина земли, заземление экранов	Повышает качество связи и измерений	Ошибки разводки могут усугубить наводки	IEC 61000-5-2; рекомендации EMC
Естественное	Использование металлических конструкций в качестве заземлителей	Арматура фундамента, металлические трубы	Низкая стоимость, надежность при корректном применении	Не допускается использовать газо- и водопроводы	ПУЭ; СП по заземляющим устройствам
Искусственное	Специально выполненные электроды и полосы	Стержни, ленты, кольцевой контур	Предсказуемое сопротивление, масштабируемость	Зависит от грунта и коррозии	ПУЭ; ГОСТ 12.1.030
Местное (ЛУП)	Локальное уравнивание потенциалов	В ванных, серверных, ОПО	Снижает шаговое/прикосновенное напряжение	Не заменяет основной контур	ГОСТ Р 50571.7; ПУЭ

Историческая справка 🧰

Первые осознанные применения заземления появились в конце XVIII века в работах Б. Франклина по молниезащите. В XIX веке Вольта и позднее Эдисон/Тесла внедряли системы распределения электроэнергии, где нейтраль связывали с землей для стабилизации потенциала. В начале XX века нормы заземления стали обязательными в городских сетях и на промышленных объектах. В СССР и затем в РФ требования систематизированы в ПУЭ и гармонизированных с IEC стандартах ГОСТ Р 50571. Эволюция от TN-C (совмещённый PEN) к TN-S/TN-C-S отражает рост внимания к безопасности и электромагнитной совместимости.

Основные элементы системы заземления 📏

• Заземлитель — металл в грунте (стержни, ленты, пластины, фундаментная арматура).
• Заземляющий проводник — полоса/провод, соединяющий заземлитель с шиной.
• Защитный проводник PE и/или PEN — часть сети, соединяющая корпуса оборудования с главной заземляющей шиной (ГЗШ).
• ГЗШ — точка объединения PE, заземлителей и цепей уравнивания потенциалов.
• Система уравнивания потенциалов (СУП) — соединение металлоконструкций, трубопроводов и экранов для минимизации разницы потенциалов.

Системы электроснабжения по способу заземления 🌐

Выбор схемы влияет на алгоритмы защиты, требования к проводникам и допустимые решения в зданиях.

1. TN-C — совмещённый PEN-проводник. Проста, но ухудшенная EMC и безопасность. Новое строительство избегает; модернизация — перевод в TN-C-S.
2. TN-S — раздельные N и PE по всей сети. Предпочтительно в новых объектах и ответственных установках.
3. TN-C-S — разделение PEN на вводе здания на N и PE на ГЗШ. Наиболее распространённый компромисс.
4. TT — независимый заземлитель потребителя, нейтраль источника заземлена локально у поставщика. Требует УЗО/диффзащиты.
5. IT — изолированная от земли система источника или через высокое сопротивление. Применяется в медицине, горной промышленности, АСУ ТП.

Разделение PEN на N и PE выполняют только в главной точке заземления (ГЗШ), повторное объединение N и PE в сети потребителя запрещено.

Проектирование и расчет сопротивления

Цель расчета — обеспечить сопротивление заземляющего устройства, достаточное для срабатывания защитных аппаратов и допустимых прикосновенных/шаговых напряжений. Нормативы зависят от схемы и условий: для сетей до 1 кВ с заземленной нейтралью ориентируются на обеспечение тока короткого замыкания, достаточного для отключения автомата/предохранителя; для TT — на работу УЗО и ограничение напряжения на корпусе.

Факторы: удельное сопротивление грунта, сезонное промерзание, коррозия, длина/количество электродов, глубина заложения, наличие естественных заземлителей (фундамент). Выбор конфигурации (вертикальные стержни, горизонтальные полосы, кольцо вокруг здания) определяется геологией и местом.

Практические ориентиры: кольцевой контур из стальной оцинкованной ленты 40×4 мм, вертикальные оцинкованные стержни 12–16 мм на глубину 2–3 м с шагом 3–6 м, болтовые или сварные соединения, защита от коррозии. В агрессивных грунтах — медненные стержни, нержавеющая сталь или химические заземлители.

Монтаж: типовые решения 🏠

• Кольцевой контур вокруг фундамента с подключением к ГЗШ на вводе.
• Фундаментное заземление (естественное) с выведением закладных к ГЗШ.
• Молниезащита: внешние молниеприемники, токоотводы кратчайшим путем к общему заземлителю, выравнивание импеданса.
• Сопровождение кабелей с экранами: одностороннее/двухстороннее заземление в зависимости от частот и EMC-задач.

Недопустимо подключать заземление к газопроводам, водопроводным и отопительным трубам — это опасно и запрещено. 🚫

Проверка и эксплуатация ✅

Перед вводом в эксплуатацию и периодически проводят измерения сопротивления растекания тока, проверку целостности PE, замеры петли «фаза-нуль», тесты УЗО. Для молниезащиты — контроль сопротивления токоотводов и соединений, визуальные осмотры после грозового сезона.

Документирование: протоколы измерений, схемы СУП/ГЗШ, акты скрытых работ. Периодичность — по ПУЭ/регламенту объекта (обычно ежегодно для общественных и производственных зданий, чаще — на ОПО и в коррозионно-опасных зонах).

Типичные ошибки и риски 🧪

• Повторное объединение N и PE внутри здания — токи по экранам/трубам, шумы и опасные потенциалы.
• Неразрывные контуры по металлоконструкциям без контрольных соединителей — сложно контролировать, риск коррозии и скрытых отказов.
• Пренебрежение СУП в ванных/котельных — повышенное шаговое/прикосновенное напряжение при авариях.
• Слишком длинные токоотводы молниезащиты с острыми изгибами — высокий импульсный импеданс, искровые перекрытия.
• Отсутствие защиты от коррозии и механических повреждений в грунте и местах выхода на поверхность.

Заземление и устройства защитного отключения (УЗО) 🧲

УЗО контролирует дисбаланс токов и отключает цепь при утечке, но не заменяет PE. В схемах TT/IT УЗО — базовый элемент защиты от поражения током; в TN — повышает безопасность в влажных помещениях и наружных установках. Подбирают номинал и чувствительность по нагрузке и условиям (например, 30 мА — дополнительная защита от поражения, 100–300 мА — противопожарная защита).

Электромагнитная совместимость и экраны 🌧️

Для снижения помех используют единую систему опорной земли с низким импедансом на высоких частотах: широкие ленты, шины, разводка «звездой» или сеткой, минимальные петли, правильное подключение экранов (одностороннее — для НЧ измерений, двустороннее — для ВЧ помех). Это критично для серверных, лабораторий, студий, ЧПУ.

Энциклопедический блок.

• Заземлитель — проводящая часть, контактирующая с землей и рассеивающая токи.
• PE (Protective Earth) — защитный проводник, соединенный с заземлителем и корпусами.
• N — рабочий нулевой проводник, не предназначен для защитных функций.
• PEN — совмещенный проводник N+PE в сетях TN-C; требует разделения на ГЗШ.
• ГЗШ — главная заземляющая шина, точка соединения PE, заземлителей и СУП.
• СУП — система уравнивания потенциалов (главная и дополнительная), объединяющая доступные проводящие части.
• Импеданс — совокупное сопротивление (активное и реактивное), определяющее протекание импульсных токов, важно при молниезащите и EMC.

Частный дом и малые объекты 🏡

Практичный вариант — кольцевой контур по периметру фундамента, подключенный к ГЗШ на вводе. Для сетей TT ставят селективные УЗО на вводе и групповые на линии. Металлические части ванных комнат, бойлеры, корпуса щитов, стойки телеком-оборудования включают в СУП. Для фотоэлектрических систем — заземляют рамы модулей, молниезащиту согласуют с инвертором и вводом в дом.

Мифы и реальность 🙂

• «Достаточно воткнуть один штырь» — сопротивление зависит от грунта и сезона; одиночный стержень часто не обеспечивает нужных параметров.
• «Экран кабеля к земле всегда с обоих концов» — зависит от частот и задач EMC; иногда одностороннее заземление лучше.
• «УЗО заменяет заземление» — нет, УЗО дополняет, но без PE прикосновенные напряжения могут оставаться опасными.

Контрольные ориентиры для безопасности

Руководствуйтесь ПУЭ, проектом и протоколами измерений; не меняйте самовольно точки разделения N/PE; защищайте все соединения от коррозии; регулярно проверяйте УЗО. При сомнениях привлекайте аккредитованную лабораторию и проектировщика ЭМ.

FAQ по смежным темам ❓

Вопрос: Чем отличается заземление от зануления?
Ответ: Зануление — соединение корпусов с рабочей нейтралью (PEN/N) для создания КЗ и быстрого отключения. В современных системах применяется защитный PE, раздельный с N. В TN-C зануление исторически применялось, но предпочтительно переходить к TN-S/TN-C-S.

Вопрос: Можно ли использовать водопровод/отопление как заземлитель?
Ответ: Нет. Это запрещено и опасно: возможна подача потенциала на коммуникации, непредсказуемая целостность трасс, коррозия. Используйте сертифицированные заземлители и подключение через ГЗШ.

Вопрос: Как выбрать и настроить УЗО при TT?
Ответ: На ввод — селективное УЗО 100–300 мА (пожарная защита), на группы — 30 мА (дополнительная защита людей). Тип диффтока — AC/A/B в зависимости от электроники (инверторы, EV-питание). Проверяйте кнопкой «ТЕСТ» ежемесячно.

Вопрос: Какие нормы сопротивления заземляющего устройства?
Ответ: Универсального числа нет — оно должно обеспечивать отключение защиты и безопасные напряжения прикосновения. В типовых жилых объектах ориентируются на несколько ом для контуров TN и значения, согласованные с УЗО для TT. Точные требования — в проекте и ПУЭ/ГОСТ.

Вопрос: Почему «щиплет» стиральная машина или корпус ПК?
Ответ: Это токи утечки через фильтры и емкости. При отсутствии PE и корректного подключения к ГЗШ на корпусе возникает потенциал. Решение — правильное заземление и проверка целостности PE, применение УЗО.

Вопрос: Нужна ли отдельная «чистая земля» для серверной?
Ответ: Обычно нет. Нужна единая низкоимпедансная система заземления и корректное уравнивание потенциалов, правильное подключение экранов и шин. «Изолированные» земли часто ухудшают EMC и безопасность.

Вопрос: Как заземлить солнечные панели и инвертор?
Ответ: Подключить рамы и конструкции к PE/ГЗШ, согласовать с молниезащитой, при необходимости применять ОПН/УЗИП на DC и AC сторонах. Схему выбирают по паспорту инвертора и нормам ПУЭ/IEC 60364-7-712.

Вопрос: Что делать при высокой коррозионной агрессивности грунта?
Ответ: Использовать медненные или нержавеющие электроды, защитные покрытия, увеличивать глубину и количество электродов, предусматривать контрольные соединители и периодические измерения с заменой элементов по ресурсу.

🛠️ Если сеть модернизируется с TN-C на TN-C-S, разделяйте PEN только на вводе здания и обеспечивайте повторные заземления PEN до точки разделения; далее N и PE не объединяют.