Всем известны системы энергоснабжения с напряжением до 1000 вольт, на уровне конечного потребителя. Они бывают всего двух видов:
- трехфазная (три фазы и рабочий нуль), где напряжение между фазами составляет 380 вольт, а между каждой фазой и нулем — 220 вольт.
- однофазная (одна из трех фаз с общего ввода на объект, и рабочий нуль), напряжение между каждой фазой и нулем составляет 220 вольт.
А вот с системами безопасности, ситуация гораздо сложнее. Для организации искусственного заземления, ГОСТ предусматривает 5 систем: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) определяют условия, на основании которых проектировщики выбирают систему заземления объекта. Она отражается в проектной документации, и не может быть изменена после сдачи объекта в эксплуатацию.
В большинстве случаев, применяется система заземления TN, которая предусматривает обязательное заземление нейтрали источника питания. При этом открытые токоведущие части конечных электроустановок, могут быть соединены с нейтралью источника питания различными способами.
Каждая из предложенных систем искусственного заземления имеет свои преимущества и недостатки. При этом, любая из них направлена на решение вопросов безопасной эксплуатации электроустановок, и нахождения людей на объекте.
Обозначения в системах заземления
В обозначениях систем используются латинские буквы:
- T (земля);
- N (нейтраль или функциональный ноль);
- I (изолированный);
- C (соединение защитного и функционального «ноля»);
- S (раздельное применение во всей сети защитного и функционального «ноля»).
В обозначениях систем первая буква определяет тип заземления источника питания, вторая буква указывает тип заземления открытых компонентов электроприемника.
Правильно спроектированное и реализованное заземление является одним из базовых условий обеспечения электробезопасности объектов, на которых эксплуатируется бытовое или промышленное электрическое оборудование. При выполнении заземления необходимо руководствоваться требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок).
TN: система заземления с глухо заземленной нейтралью
В данной системе защита производится путём соединения глухо заземленной нейтрали с неизолированными компонентами электроустановки. В системе заземления TN проводником является РЕ, то есть «нулевой» проводник. То есть при её обустройстве корпусные экраны и детали электропотребителей, проводящие ток, должны быть подключены к общему «нулю» — проводнику, который соединен с нейтралью.
Функциональный «ноль» в данном случае обозначается буквой «N», а совмещение «нулевого» функционального и защитного проводника – «PEN». У данной системы заземления есть три подвида TN-C-S, TN-C и TN-S. Отличия между ними заключаются в разных способах подключения проводников «PE» и «N».
В этой системе не применяется метод заземления нейтрали при помощи дугогасящего реактора, который в других типах систем используется в качестве компенсаторного устройства.
Виды систем искусственного заземления
Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» — комбинированный и раздельный.
- T — заземление.
- N — подключение к нейтрали.
- I — изолирование.
- C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
- S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.
В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.
TN-C: система с рабочим и защитным «нулём» в одном проводнике
Стандартная TN-C система заземления – это 4-проводная схема подачи тока с «нулевым» и тремя фазными проводами. Данная система подразумевает совмещение нулевых рабочих и защитных проводника в одно на всём протяжении. Другими словами, в TN-C PEN-проводник общий, он применяется и для подключения приёмников тока и для «зануления» их корпусов (открытых токопроводящих компонентов).
«Зануление» корпуса нужно на случай повреждения изоляции либо обрыва фазного провода, при которых может произойти его замыкание на корпус. При такой схеме это приведет к срабатыванию автоматики, которая отключит напряжение.
У TN-C есть недостатки. Наиболее критичным минусом этой системы заземления является отсутствие схем защиты при отгорании или механическом повреждении (обрыве) «нуля». В такой ситуации на корпусах оборудования и устройств создаётся напряжение, которое представляет угрозу для жизни. Еще один недостаток заключается в том, что в ней не используется заземляющий проводник PE — то есть розетки, которые к ней подключены, не заземлены, что приводит к необходимости занулять любое подключаемое электрооборудование.
Важно! Тем, кто проживает в доме, в котором используется система заземления TN-C, нужно знать – при вынужденном присоединении к нулю бытовых приборов в ванных комнатах нельзя применять дополнительные линии уравнивания потенциалов.
На текущий момент TN-C морально устарела. Она до сих пор используется в частных домах и зданиях, построенных в начале и середине XX века. Также она может использоваться там, где степень риска незначительна – к примеру, в уличном освещении.
Система IT
Система IT предназначена для использования в учреждениях, где могут использоваться высокочувствительные приборы (лаборатории, медучреждения).
Особенность IT сводится к тому, что нейтраль трансформаторной подстанции заизолирована по отношению к земле, или же для заземления используются специальные приборы и устройства, обладающие высоким сопротивлением.
А вот открытые участки электроустановок заземлены классическим способом – через заземляющий контур.
Использование системы IT обеспечивает минимальное воздействие электромагнитных полей на чувствительную аппаратуру.
ВАЖНО ЗНАТЬ: Как заземлить стиральную машину.
TN-S: эффективно, но дорого
TN-S, в сравнении с системой заземления TN-C представляет собой более современную, эффективную и безопасную систему, в которой глухозаземленная нейтраль трансформатора (либо генератора) применяется для подключения проводников с «нулём» на стороне источника тока. При её использовании исключен риск возникновения высокого напряжения на корпусах электрического оборудования – даже в том случае, если линия питания будет повреждена.
Между тем есть две причины, из-за которого TN-S не получила широкого распространения в России. Первая – российская энергетика в основном ориентирована на 4-проводные схемы 3-фазного электроснабжения. Вторая причина заключается в дороговизне использования системы заземления TN-S.
При монтаже в ходе подключения трех фаз нужно будет использовать 5 проводов для присоединения оборудования к источнику питания. При однофазном подключении потребуется 3 провода. Из-за распространенности в России 4-проводных схем для трех фаз применение TN-S будет нецелесообразно, так как в этом случае нужно будет протягивать от трансформаторной подстанции отдельную линию, состоящую из 5 проводов.
В новой редакции ПУЭ, а также в ГОСТ Р50571 есть указание о монтаже системы TN-S на объектах, требующих высокой степени электробезопасности. Также в данных регламентирующих документах предписывается ее обустройство при строительстве и капитальном ремонте зданий.
Суть заземления
Для чего нужно заземление, если и без него всё прекрасно работает? Более того, в нормальном режиме по проводу защитного заземления ток вообще не протекает.
Тут ключевое слово – “защитное”. Кого и от чего защищает заземление? Оно защищает человеческие тела от воздействия электрического тока. А от чего защищает – от того, чтобы опасное напряжение ни в коем случае не появилось на теле человека, и через человека не пошёл ток.
Представим ситуацию. Есть некий электрический прибор, например утюг. Утюг подключается через вот такую вилку.
Старая вилка без заземляющего контакта
Читатели постарше отлично помнят такие, они постоянно раскручивались, а прикрутить к ним гибкий провод было мучением.
Корпус утюга частично металлический. Что будет, если вдруг фаза попадет на корпус? В принципе ничего, утюг даже может продолжать работать. Но его корпус будет находиться под потенциалом 220В относительно земли. А поскольку все мы ходим по земле, то притронувшись к металлическому корпусу такого утюга, через нас пойдёт ток.
А дальше – как повезёт. Если кожа и пол сухие – просто немного дёрнет…
Но если корпус утюга будет заземлён, то когда фазный провод попадёт на корпус, он соединится с заземлением, и уйдёт в землю. При этом произойдёт фактически короткое замыкание, и выбьет защитный автомат данной линии. А корпус как был под нулевым потенциалом, так и останется.
Иными словами, если фаза вдруг попадёт на корпус прибора, это уже не проблема человека. Это проблема самого прибора и защитного автомата, который должен отключить этот прибор от фазного провода.
Почему защитный автомат отключится? Если фазный провод попадает на защитный (заземляющий) проводник, это равносильно короткому замыканию, то есть максимально возможному току в схеме. И автомат сработает по электромагнитной защите.
Напоминаю, что есть время-токовая характеристика автоматического выключателя, и при КЗ автомат будет работать в правой зоне характеристики, где время отключения стремится к нулю. Подробнее – в моей статье про выбор защитного автомата.
То есть, ток в проводе защитного заземления течёт только в момент аварии, в остальное время он бесполезен. Поэтому раньше на нём экономили, и использовали двухпроводную систему питания, в которой есть только ноль и фаза.
TN-C-S: соединение комбинированного «PEN» с глухозаземленной нейтралью
TN-C-S представляет собой распространенную систему заземления, которая обеспечивает более высокий уровень электробезопасности, чем TN-C и при этом менее затратна, чем TN-S. Принцип этого типа подключения – в подаче питания с применением комбинированного «PEN», который соединяется с глухозаземленной нейтралью. При входе в здание он разделяется на защитный ноль («PE») и проводник, который на стороне электропотребителя выполняет функцию «N», то есть рабочего ноля.
В соответствии с требованиями ПУЭ (пункт 1.7.135), в точке, где разделяется рабочий и защитный ноль, должны быть использованы шины или зажимы для соединенных проводников. Комбинированный «PEN» нужно подключать к шине или зажиму защитного ноля «РЕ».
Согласно пункту 1.7.135 ПУЭ В месте разделения PEN-проводника на нулевой защитный (PE) и нулевой рабочий (N) проводники необходимо предусмотреть отдельные зажимы или шины для проводников, соединенные между собой. PEN-проводник питающей линии должен быть подключен к зажиму или шине нулевого защитного — проводника. При этом сечение перемычки, расположенной между шинами, не должно быть меньше сечения комбинированного PEN.
Плюсы: система заземления TN-C-S надежнее TN-C: она исключает риск обрыва нуля, при этом затраты на её обустройство будут лишь немногим выше, чем на эту устаревшую систему.
Минусы: отгорание или излом провода PEN на протяженности линии от объекта до подстанции приводит к образованию на поверхности электроприборов напряжения, опасного для жизни. Из-за этого при обустройстве системы TN-C-S необходимо обеспечить надежную защиту от повреждения комбинированной линии PEN.
Об обслуживании электроустановок жилых зданий
Однако в настоящее время система обслуживания электроустановок жилых зданий далека от совершенства. Она не создает непреодолимых препятствий свободному доступу жильцов к электрическим стоякам и ЭРЩ. Это обстоятельство может быть причиной осуществления некоторых негативных воздействий на электроустановку жилого здания, которые снижают уровень защиты от поражения электрическим током и, следовательно, уменьшают преимущества от применения первого варианта по сравнению со вторым вариантом.
При выполнении электромонтажных работ жильцами, которые являются обычными лицами, резко возрастает вероятность ошибочного подключения зажимов какого-либо электрооборудования, предназначенных для подключения нейтральных проводников, к защитному проводнику электрического стояка, а открытых проводящих частей электроприёмников класса I — к его нейтральному проводнику. Подобные ошибки также могут появиться и при замене существующих электропроводок в квартирах и их неправильном подключении к электрическим стоякам, когда защитные проводники электропроводок ошибочно присоединяют к нейтральным проводникам электрических стояков, а нейтральные проводники электропроводок — к их защитных проводникам.
Такие ошибки более вероятны в электроустановках жилых зданий, электрические стояки которых выполнены проводниками, не имеющими цветовой и буквенно-цифровой идентификации, соответствующей требованиям ГОСТ 33542-2015. Вероятность совершения ошибок ещё более увеличивается в тех случаях, когда при подключении к электрическим стоякам какого-либо электрооборудования или электрических цепей используют проводники, не имеющие надлежащей цветовой идентификации.
Существующее положении усугубляет низкая квалификация персонала, эксплуатирующего электроустановки жилых зданий. При проведении ими ремонтных и эксплуатационных работ в электроустановке жилого здания возможно ошибочное подключение защитных зажимов электрооборудования класса I и даже ЭРЩ к нейтральному проводнику электрического стояка, а их нейтральных зажимов — к защитному проводнику электрического стояка. То есть и неконтролируемая работа жильцов, и действия эксплуатационного персонала низкой квалификации могут привести к снижению уровня электрической безопасности.
Система заземления TT: новинка в российской энергетике
Данная система подразумевает «глухое» заземления нейтрали линии питания. При этом заземление открытых частей электроустановки, способных проводить ток, производится с использованием устройства, которое «автономно» от глухозаземленной нейтрали. При 3-фазном подключении напряжение передается по 4 проводам, в которых четвертый представляет собой «N», то есть функциональный ноль. На стороне электропотребителя монтируется заземлитель (чаще всего модульно-штыревой). Затем к заземлителю производится соединение проводников защитного ноля, которые соединяются с корпусными компонентами.
На территории РФ система заземления TT разрешена сравнительно недавно. Она получила широкое распространение в воздушных линиях электропередач, которые используются для электроснабжения сельской местности, дачных, коттеджных поселков и других загородных поселений. Еще одно направление использования этой системы – это линии электроснабжения объектов временной мобильной торговли в городских условиях.
ТТ стала удачной заменой системы TN-C-S, которая в указанной области применения не гарантирует надежность защиты комбинированного «PEN».
При применении такого типа заземления необходимо обустройство защиты от попадания молнии. Также нужно использовать специальную автоматику, обеспечивающую защитное отключение. Еще один момент – в ПУЭ есть указание по использованию системы заземления ТТ – подача тока на электроустановки с её применением практикуется только тогда, когда не может быть обеспечена электробезопасность в системе TN.
Особенности системы ТТ
Система ТТ предназначена для обеспечения заземления зданий, у которых невозможно создать необходимые условия по электробезопасности для использования подсистем TN.
В первую очередь таким условием является ненадежность воздушных линий электропередач и отсутствие дублирующего заземления на опорах.
Также ТТ применяется для обеспечения безопасности мобильных построек и здания, имеющих токопроводящие поверхности (киоски, контейнеры, вагончики, сделанные из металла).
Особенность этой системы сводится к тому, что заземляющие контуры применяются отдельно для подстанции и помещения, поэтому никаких нулевых проводников между ними нет.
К тому же в этой системе не допускается какое-либо пересечение между N и РЕ-проводниками. То есть, для каждого из них должен предусматриваться свой заземляющий контур.
Благодаря таким конструктивным решениям удается обеспечить изоляцию токопроводящих поверхностей, а также зданий от возможного обрыва линии электропередач.
Отметим, что при организации ТТ требуется использование устройств защитного отключения (УЗО) на все группы линий электросети, чтобы обеспечить защиту от случайного контакта с токоведущими частями электроприборов, а также для безопасности в случае образования утечки тока в доме.
Она обладает высокими показателями по безопасности, и отлично подходит для частных домов, временных строений и т. д.
К недостаткам же ТТ относится надобность в тщательном подборе защитных автоматических выключателей и правильный расчет их рабочих параметров.
К тому же существует вероятность одновременного отказа УЗО и пробоя фазы на корпус электроприбора.
В результате вся линия РЕ-проводника и открытые токопроводящие участки оказываются под напряжением.
IT: система заземления с изолированной нейтралью «I»
Двумя основными особенностями этой системы является наличие линии защитного заземления («Т») и автономной нейтрали «I». При использовании IT для передачи тока от источника к электропотребителю используется минимум проводов. При этом необходимо обеспечить надежность присоединения к заземлителю всех компонентов корпусов электрооборудования, способных проводить ток. Еще одним нюансом системы заземления IT является отсутствие функционального ноля «N» на линии источник тока – электропотребитель.
