При эксплуатации домашней электропроводки наиболее важен вопрос безопасности эксплуатации бытовых электроприборов. Заземление электропроводки - основной способ минимизации воздействия на человека электрического тока в случае появления на металлическом корпусе бытовых электроприборов опасного для жизни человека потенциала.
Достаточно распространена проблема отсутствия заземления в квартире или в доме по причине питания от устаревших сетей конфигурации TN-C, в которых не предусмотрено заземление домашней электропроводки.
Для решения проблемы поступают следующим образом - выполняют заземление электропроводки посредством переделки системы TN-C в TN-C-S. В итоге неправильно выполненное заземление электропроводки делает эксплуатацию электропроводки еще более опасной, чем при отсутствии заземления как такового. В данной статье рассмотрим, чем опасно самостоятельное выполнение заземления посредством переделки системы TN-C в TN-C-S.
Чтобы понимать суть рассматриваемого вопроса рассмотрим, что собой представляют сети системы заземления TN-C и TN-C-S.
В системе TN-C рабочий нулевой проводник N и защитный заземляющий проводник PE совмещены в одном проводе на всем протяжении линии от трансформаторной подстанции до потребителя - так называемый PEN проводник. Причем данный совмещенный проводник заводится в квартиру или частный дом без разделения на нулевой рабочий и защитный проводники.
Нередко встречаются рекомендации относительно защиты домашних электроприборов путем зануления - присоединения заземляющего контакта в розетке к нулевому совмещенному проводнику PEN. В данном случае при появлении фазного напряжения на корпусе бытового электроприбора произойдет короткое замыкание и отключится автоматический выключатель в распределительном щитке.
Основной недостаток зануления заключается в том, что от домашнего распределительного щитка до места зануления на корпусах оборудования появится фазное напряжение.
То же самое будет и в случае обрыва нулевого провода от трансформаторной подстанции до ввода в дом - на корпусе зануленного оборудования гарантировано появится фазное напряжение электросети.
В связи с этим зануление в сети TN-C выполнять запрещено. То есть такая система в быту эксплуатируется как двухпроводная - используется только фазный и нулевой рабочий проводник для питания электроприборов.
Система TN-C-S отличается от системы TN-C тем, что совмещенный проводник PEN при заходе в здание разделяется на рабочий нулевой N и защитный PE. В данной сети, как и в сети TN-C на заземляющем проводнике появится опасный потенциал в случае обрыва совмещенного проводника PEN до точки разделения.
Поэтому для предотвращения негативных последствий обрыва нуля в сети конфигурации TN-C-S согласно ПУЭ предъявляются требования относительно механической устойчивости к повреждению проводника PEN на линии электропередач, организации надежных повторных заземлений проводника PEN, а также надежности шины заземления PE непосредственно в доме.
Только при соблюдении данных требований электрическую сеть можно эксплуатировать, как сеть конфигурации TN-C-S, то есть использовать защитный проводник PE для заземления домашней электропроводки.
Основная ошибка при самостоятельном выполнении заземления заключается в том, что система TN-C представляется просто как система TN-C-S, в которой нет разделения защитного проводника. В данном случае переделка системы TN-C в TN-C-S сводится просто к разделению в главном распределительном щитке совмещенного проводника PEN на рабочий нулевой N и защитный PE. При этом не учитывается текущее состояние питающей сети. Если изначально в данной сети не предусмотрено заземления, то высока вероятность, что причина заключается в несоответствии электрических сетей требованиям ПУЭ.
Во-первых, это техническое состояние электрической сети - если оно неудовлетворительное, то соответственно ни о какой механической устойчивости к повреждению PEN-проводника речи не может идти. Во-вторых, отсутствие на линии достаточного количества повторных заземлений нулевого проводника еще больше увеличивает шансы появления на заземляющем проводнике опасного потенциала, который возникнет в результате обрыва нуля на линии. То есть в таком случае самостоятельно выполненное заземление будет источником опасности для жителей, эксплуатирующие заземленные бытовые электроприборы.
В данном случае есть два варианта. Первый вариант - по-прежнему эксплуатировать двухпроводную электропроводку, то есть без заземления до того, как данная проблема не будет решена путем приведения технического состояния питающих сетей к соответствию требований, предъявляемых к сети TN-C-S согласно ПУЭ.
Второй вариант - перейти на , то есть сделать индивидуальный заземляющий контур, а совмещенный проводник PEN питающих электрических сетей использовать только в качестве рабочего нулевого провода N. Данный вариант актуален для жителей частных домов или для жителей квартир первых этажей, у которых есть возможность монтажа индивидуального контура заземления электропроводки.
Андрей Повный
Электроэнергия в наши дома и квартиры приходит по электрическим проводам воздушных или кабельных линий от трансформаторных подстанций. Конфигурация этих сетей оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики системы и, особенно — безопасность людей и бытовых приборов.
В электрических установках всегда существует техническая возможность повреждения оборудования, возникновения аварийных режимов, получения электротравм человеком. Правильная организация системы заземления позволяет снизить возможности проявления рисков, сохранить здоровье, исключить повреждения домашней техники.
Причины использования системы заземления ТТ
По своему назначению эта схема разработана для такого случая, когда высокую степень безопасности не могут обеспечить другие распространенные системы . Об этом очень четко говорит пункт ПУЭ 1.7.57.
Чаще всего это связано с низким уровнем технического состояния линий электропередач, особенно использующих оголенные провода, расположенные на открытом воздухе и закрепленные на опорах. Они обычно монтируются по четырехпроводной схеме:
тремя фазами подачи напряжения, смещенными по углу на 120 градусов между собой;
одним общим нулем, выполняющим совмещенные функции PEN-проводника (рабочего и защитного нуля).
Они приходят к потребителям от понижающей трансформаторной подстанции, как показано на фотографии ниже.
В сельской местности подобные магистрали могут иметь большую протяженность. Не секрет, что провода иногда схлестываются или обрываются из-за плохого качества скруток, падения веток или целых деревьев, набросов, порывов ветра, образования наледи в мороз после мокрого снегопада и по многим другим причинам.
При этом происходит довольно часто, поскольку он монтируется нижним проводом. А это причиняет много бед всем подключенным потребителям из-за возникновения перекосов напряжений. В такой схеме отсутствует защитный РЕ-проводник, связанный с заземляющим контуром трансформаторной подстанции.
У кабельных линий вероятность обрыва нуля намного меньше потому что они расположены в закрытом грунте и лучше защищены от повреждения. Поэтому в них сразу реализуют наиболее безопасную систему заземления TN-S постепенно выполняют реконструкцию TN-C на TN-C-S. Потребители же, подключенные воздушными проводами, пока практически лишены такой возможности.
Сейчас многие владельцы земельных участков затевают строительство дачных домов, предприниматели организуют торговлю в отдельных павильонах и киосках, производственные предприятия создают быстровозводимые бытовые помещения и мастерские или вообще используют отдельные вагончики, которые временно запитывают электроэнергией.
Чаще всего подобные сооружения выполняются из хорошо проводящих электрический ток металлических листов либо имеют сырые стены с повышенной влажностью. Безопасность человека при нахождении в подобных условиях может обеспечить только система заземления, выполненная по схеме ТТ. Она специально рассчитана для работы в таких условиях, когда потенциал сети имеет высокую вероятность аварийного появления на токоведущих стенках или корпусах оборудования.
Принципы построения схемы заземления по системе ТТ
Главное требование безопасности в этой ситуации обеспечивается тем, что защитный РЕ-проводник создается и заземляется не на трансформаторной подстанции, а на самом объекте потребления электрической энергии без связи с рабочим N-проводником, подключенным к заземлителю питающего трансформатора. Эти нули не должны контактировать и объединяться даже в том случае, когда рядом смонтирован отдельный контур заземления.
Таким способом полностью отделяются защитным РЕ-проводником все опасные токопроводящие поверхности зданий из металла и корпуса подключенных электроприборов от действующей системы питания электроэнергии.
Внутри здания или строения монтируется защитный РЕ-проводник из прута или полоски металла, который служит в качестве шины для подключения всех опасных элементов, обладающих токопроводящими свойствами. С противоположной стороны этот защитный ноль соединяется с отдельным контуром заземления. Собранный таким методом РЕ-проводник объединяет все участки, имеющие риск появления опасного напряжения, в единую систему уравнивания потенциалов.
Подключение опасных металлических конструкций к защитному нулю может выполняться многожильным гибким проводом повышенного сечения, маркируемого полосками желто-зеленого цвета.
При этом еще раз заострим внимание на том, что категорически запрещается объединять элементы конструкций зданий и металлические корпуса электрических устройств с рабочим нулем N.
Технические требования обеспечения безопасности в системе ТТ
Из-за случайного нарушения изоляции электропроводки потенциал напряжения способен внезапно появиться в любом месте не подключенной, но токопроводящей части здания. Человек, прикоснувшийся к ней и земле, сразу оказывается под действием электрического тока.
Автоматические выключатели, защищающие от сверхтоков и перегрузок, могут только косвенно использоваться для снятия напряжения в этом случае, поскольку часть тока пойдет минуя цепочку рабочего нуля, а сопротивление контура основного заземления должно иметь очень низкое значение.
Чтобы обезопасить человека работой автоматических выключателей необходимо создать условие образования потенциала утечки на открытой токоведущей части не более 50 вольт относительно потенциала земли. На практике это выполнить сложно по ряду причин:
высокой кратности токов коротких замыканий времятоковой характеристики, используемых конструкциями различных выключателей;
большим сопротивлением контура заземления;
сложностью технических алгоритмов для работы подобных устройств.
Поэтому предпочтение в создании защитного отключения дается устройствам, реагирующим непосредственно на появление тока утечки, ответвляющегося от основного расчетного пути протекания нагрузки, через РЕ-проводник и локализацию его снятием напряжения с контролируемой схемы, что выполняют только УЗО или дифавтоматы.
Исключить риски получения электрических травм при этом способе заземления можно только при условии комплексного внедрения четырех основных задач:
1. правильная установка и эксплуатация защитных устройств типа УЗО или дифференциальных автоматов;
2. поддержание рабочего нуля N в технически исправном состоянии;
3. использование защитных устройств от перенапряжений в сети;
4. правильная эксплуатация местного контура заземления.
УЗО или дифавтоматы
Практически все части электропроводки здания должны быть охвачены зоной защиты этих устройств от возникновения токов утечек. Причем, их уставка на срабатывание не должна превышать 30 миллиампер. Это обеспечит отключение напряжения с аварийного участка при пробое изоляции электропроводки, исключит случайный контакт человека со стихийно возникшим опасным потенциалом, защитит от получения электротравмы.
Установка на вводном щите в дом противопожарного УЗО с уставкой в 100÷300 мА повышает уровень безопасности и обеспечивает введение второй степени селективности.
Рабочий ноль N
Чтобы правильно определяла токи утечек, необходимо создать ей для этого технические условия и исключить ошибки. А они возникают сразу при объединении цепей рабочего и защитного нулей. Поэтому рабочий ноль должен быть обязательно надежно отделен от защитного, а соединять их нельзя. (Третье напоминание!).
Защита от перенапряжений в сети
Возникновение электрических разрядов в атмосфере, связанные с образованием молний, носят случайный, стихийный характер. Они могут проявиться не только электрическим ударом в строение, но и попаданием в провода воздушной линии электропередач, что происходит довольно часто.
Энергетики применяют меры защиты от подобных природных явлений, но они не всегда оказываются достаточно эффективными. Большая часть энергии ударившей молнии отводится от ЛЭП, но какая-то ее доля оказывает вредное воздействие на всех подключенных потребителей.
Защититься от действия подобных всплесков завышенных напряжений, приходящих по питающей ВЛ, можно с помощью применения специальных устройства — либо импульсных устройств защиты от перенапряжений (УЗИП).
Поддержание местного контура заземления в исправном состоянии
Эта задача возлагается в первую очередь на владельца здания. Никто другой самостоятельно заниматься подобным вопросом не будет.
Контур заземления зарыт своей большей частью в земле и таким способом спрятан от случайных механических повреждений. Однако, в почве постоянно находятся растворы различных кислот, щелочей, солей, которые вызывают окислительно-восстановительные химические реакции с металлическими деталями контура, образующими слой коррозии.
За счет этого ухудшается проводимость металла в местах контакта с грунтом и увеличивается общее электрическое сопротивление контура. По его величине судят о технических возможностях заземления и его способностях проводить токи неисправностей на потенциал земли. Делается это проведением электрических замеров.
Исправный контур заземления должен надежно пропустить к потенциалу земли ток уставки устройства защитного отключения, например, в 10 миллиампер и не исказить его. Только в этом случае УЗО правильно сработает, а система ТТ выполнит свое предназначение.
Если сопротивление контура заземления будет выше нормы, то оно станет препятствовать прохождению тока, уменьшать его, чем может полностью исключить защитную функцию.
Поскольку ток работы УЗО зависит от комплексного сопротивления цепи и состояния контура заземления, то существуют рекомендованные значения сопротивлений, которые позволяют обеспечивать гарантированное срабатывание защит. Эти величины показаны на картинке.
Измерение этих параметров требует профессиональных знаний и точных специализированных приборов, работающих , но использующих усложненный алгоритм с дополнительной схемой подключения и строгую последовательность вычислений. Качественный измеритель сопротивления контура заземления результаты своей работы хранит в памяти и отображает на информационном табло.
По ним с помощью компьютерных технологий строятся графики распределения электрических характеристик контура и анализируется его состояние.
Поэтому подобными работами занимаются аккредитованные электротехнические лаборатории со специальным оборудованием.
Замер сопротивления изоляции контура заземления необходимо делать сразу после ввода электроустановки в работу и периодически в процессе эксплуатации. Когда полученное значение выходит за пределы нормы, превышая ее, то создают дополнительные участки контура, подключаемые параллельно. Окончание правильности выполненных работ проверяют повторными измерениями.
Опасные неисправности схемы в системе ТТ
При рассмотрении технических требований обеспечения безопасности выделены четыре главные условия, решение которых должно выполняться комплексно. Нарушение любого пункта может привести к печальным последствиям во время пробоя сопротивления изоляции у фазного проводника.
Например, попадание фазы на корпус электроприбора при неисправном УЗО или нарушенном контуре заземления приведет к электротравме. Установленные в схеме автоматические выключатели могут просто не сработать, поскольку ток через них будет меньше уставки.
Частично исправить ситуацию в этом случае можно за счет:
введения системы выравнивания потенциалов;
подключения второй селективной ступени защиты УЗО на все здание, о которой уже упоминалось в рекомендациях.
Поскольку вся организация работ по созданию заземления системы ТТ является сложной и требует точного исполнения технических условий, то выполнение подобного монтажа следует доверять только подготовленным работникам.
Заземление – тема насколько сложная, настолько и простая. Недаром вопросы заземления вызывают множество споров на электрических сайтах и форумах.
Попробуем разобраться, что к чему в этой теме. Выскажу своё мнение, которое иногда будет непопулярным. Кому нужна официальная трактовка – читайте ПУЭ (пункт 1.7). Также в интернете много сайтов и форумов, где подробно изложен вопрос заземления.
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.
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.
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.
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.
Обозначения и перевод названий систем заземления
Существуют TN, TT и IT системы заземления. Система TN, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Первая буква говорит о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя.
Буквы эти взялись из французского, и означают: «Terre» - земля, «Neuter» - нейтраль, «Isole» - изолировать, а также из английского: «Combined» и «Separated» – комбинированный и раздельный.
- T - провод подключен к земле.
- N - подключение к нейтрали.
- I - изолирование.
- C - объединение функций, соединение рабочего и защитного нулевых проводов.
- S - раздельное использование во всей сети рабочего и защитного нулевых проводов.
Также в схемах систем заземления используются следующие обозначения:
- L – Line, Линия, на которой действует фазное напряжение по отношению к нулевому проводу.
- N – Neutral, рабочий ноль, по которому протекает рабочий ток, равный току в проводе L (для однофазных систем).
- PE – Protect Earth, защитная земля, провод защитного заземления.
- PEN – совмещенный рабочий и защитный нулевой проводник.
Краткое описание работы систем заземления
Системы заземления отличаются прежде всего безопасностью. То есть, сколько шансов выжить даёт человеку такая система после того, как на корпусе появилась фаза.
Возникает путаница в терминологией – одну и ту же систему называю и занулением, и заземлением. Википедия предлагает системы TN называть занулением на том основании, что в них заземляющий проводник PEN соединен с нулевым (нейтральным) проводом источника питания. А уже этот провод в трансформаторе – заземлён. Заземляется для того, чтобы не было перекоса фаз.
А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру ?
Подписывайся, и читай статью дальше:
Подробнее о перекосе фаз, чем он опасен, и как с ним бороться – .
ПУЭ, Библия электрика, говорит, о том же самом, как о системах заземления.
Разница между этими понятиями, по моему мнению, очень зыбкая. По-моему, заземление нужно для поддержания напряжения на уровне потенциала земли на проводе PE и на всех нетоковедущих частях электроустановки, к которым он подключен. А зануление нужно для создания тока короткого замыкания при замыкании фазы на тех же частях электроустановки. В итоге, эффект может быть один – заземленные или зануленные части никогда не окажутся под фазным напряжением, и при этом должен сработать защитный автомат. Это если коротко и своими словами.
Вообще, заземление это более широкое понятие, чем зануление.
Можно сказать, система защиты безопасна настолько, насколько эта точка приближена к источнику напряжения. И опять же, что можно считать потребителем – электрочайник, квартиру, многоэтажный дом, или район города?
Ну а если фаза “прорвётся” на корпус – её должен уничтожить защитный автомат со 100% вероятностью.
Тут важными считаю две вещи:
- Весь металл, который не под фазой, должен быть под одним и тем же потенциалом. И желательно, чтобы этот потенциал был равен потенциалу земли. Это – “самый нулевой” потенциал.
- Опасное – недоступно. Доступное – безопасно. Бывает, смотришь в квартирные советские щитки или РП и волосы шевелятся.
И ещё, в который раз повторюсь. Всегда рассматривается вероятность обрыва нулевого рабочего проводника. Дело в том, что при таком обрыве на всей схеме прибора, вплоть до точки обрыва нуля, присутствует фазное напряжение.
В случае прикосновения ток проходит через нагрузку и через тело человека. Не смотря на сопротивление нагрузки, этот ток остается таким же опасным, как и при прикосновении к фазному проводу. Ведь сопротивление нагрузки (например, электробытового прибора) всегда гораздо меньше сопротивления тела человека.
Схемы систем заземления
Система TN-C
TN-C – старая, советская система, когда земля просто бралась из нуля непосредственно в самой электроустановке.
Что мы видим на этой схеме? Первое и самое главное. Нейтральная точка генератора или трансформатора подключена к земле (глухо заземлена). Поэтому нейтральная точка трансформатора имеет потенциал земли. А поскольку человек имеет тоже потенциал земли, между телом и нейтральным проводником – нулевая разность потенциалов, и прикосновение к нему безопасно.
Однако, не всё так просто. Повторюсь, что вследствие перекоса фаз, а также падения напряжения на проводе PEN, на нём может присутствовать напряжение, отличное от нулевого. Поэтому провод PEN принудительно “притягивают” к земляному потенциалу через некоторые промежутки по ходу линии.
Земля (то, из чего состоит наша планета) – универсальный и абсолютный ноль по потенциалу. Но если человеку придать потенциал фазного провода, то прикосновение к земле будет смертельно. В то же время, прикосновение к проводу, на котором тот же потенциал, будет безопасным.
Видел документальный фильм, как человек спокойно спускается с вертолета на провод высоковольтной линии и работает там.
В общем всё относительно. Можно упасть с 5-этажного дома насмерть. А можно вообще не повредиться, упав с того же дома. С первой ступеньки первого этажа)
Система TN-C в настоящее время официально запрещена , и может использоваться только в трехфазных системах, где отсутствует перекос фаз, и ток по проводнику PEN (нулевой, он же защитный) в нормальном режиме не протекает. В результате, на этом проводе (а значит, и на корпусе прибора) будет потенциал нуля.
Однако, в старом жилом фонде используется повсеместно из-за своей дешевизны. Дешевизна системы TN-C – это её единственный плюс. Ведь сечение защитного провода PE в однофазной сети должно быть равно сечению фазного провода. А это – удорожание всей электропроводки минимум на треть.
Вообще говоря, в этой системе заземление напрочь отсутствует, и я не совсем понимаю, почему “это” называют системой заземления. Разве что, можно ноль кинуть на корпус, и прибор будет “типа” заземлён.
Да и раньше, когда всю проводку делали по этой системе, практически и не существовало домашних приборов, требующих заземления.
Первыми “ласточками” были стиральные машины, которые бились током. В лучшем случае к ним тянули провод от корпуса подъездного щитка, в худшем – цепляли корпус машины на трубу водопровода или к нулевому проводу.
Нужный эффект, конечно, достигается, но шансы попасть под фазное напряжение значительно возрастают. Основная опасность приходит от того, что возможен обрыв нулевого провода, и тогда все “зануленные” приборы, и также приборы, имеющие импульсные блоки питания, получат на корпусах потенциал фазы.
Как же защититься от поражения электрическим током в системе TN-C? Тут вспоминается УЗО (Устройство Защитного Отключения). Представим – человек коснулся фазного провода. Ток раздваивается – часть (надеюсь, бОльшая) уходит в нулевой проводник, а часть – через тело человека на корпус. Налицо дифференциальная разница (сорри, тавтология) в токах по фазе и нулю, на которую должно сработать УЗО.
Однако, ПУЭ прямо говорит – в системе TN-C применение УЗО запрещено . Почему?
Причина в том, что в данном случае может произойти то, о чем я писал выше. УЗО – это коммутационный аппарат, в котором может по какой-то причине нарушиться контакт PEN – проводника, и под фазное напряжение попадёт весь потребитель. В том числе и корпуса, если они занулены, а именно так и делается “заземление” в системе TN-C.
ПУЭ также говорит, что защитный проводник (в данном случае – PEN) ни при каких условиях не должен разрываться , и должен быть всегда подключен к заземляемому устройству.
Поэтому УЗО можно (и нужно!) применять во всех системах, кроме TN-C .
Вот хороший рисунок, иллюстрирующий ситуацию:
УЗО – применение в различных системах заземления
Я вас так напугал, что по любому возникнет вопрос – как теперь с этим жить?
Отвечаю. Для ухода от этой “нехорошей” системы применяют разделение проводника PEN на N и PE. Причем, это нужно делать как можно дальше от потребителя, и как можно ближе к источнику напряжения.
Таким образом, мы перейдём на гораздо более безопасную систему – TN-C-S , о которой я расскажу чуть ниже.
На практике совмещенный проводник PEN заземляют (повторное заземление) на вводе в здание, и там же разделяют на нейтральный N и защитный PE, которые далее НИГДЕ не должны соединяться.
Другой вариант – переход к системе ТТ , в которой защитный проводник PE делается на основе контура заземления, и нигде не подключен к приходящему PEN. В данном случае PEN превращается в N, поскольку защитный ток ни к коем случает по нему течь не будет.
Заземление в квартире с проводкой TN-C
В квартирах ноль и землю разделять сложнее. По этому поводу постоянно ведутся жаркие споры среди электриков.
Я думаю, что тут есть два приемлемых варианта.
1. Ноль оставить как есть, а провод PE взять с магистрального PEN проводника. Пусть не с самого проводника, а с места, куда он подсоединяется к корпусу этажного щитка. Главное, чтобы наши N и PE были подключены в разных точках. PE – на корпусе, N – на изолированной от корпуса шине, на которую ноли приходит после вводного рубильника или автомата (если они есть) и счетчика. Кстати, так и делали в советские времена при подключении в квартирах электропечей.
2. Провести трехпроводную систему (L, N, PE), но PE никуда не подключать. В результате мы не вносим изменения в этажный щиток (кстати, это запрещено!), а все нетоковедущие части электроприборов, металлических конструкций, труб и т.д. мы подключаем к этому проводнику. И в пределах квартиры у нас благодать! Только важное замечание – на группы розеток должны стоять УЗО на случай попадания фазы на корпус в пределах квартиры.
Всё, теперь по-быстрому пробежимся по другим системам, там всё проще.
Система TN-S
В названии буква третья S. Это значит, что проводники N и PE разделены (Separated) на всём протяжении от подстанции до потребителя.
Эта система заземления наиболее безопасна и предпочтительна, однако применяется только в самых новых электроустановках. Ну а в основном в реалити сейчас применяют систему TN-C-S. То есть старую систему стараются приблизить к новой, отдаляя точку подключения N и PE от потребителя и приближая к источнику питания.
Система TN-С-S
Последние буквы в названии означают, что проводники N и PE после подстанции соединены (Connected) в один провод PEN, а потом, на вводе в здание, разделены.
При попадании фазы на корпус должен сработать защитный автомат по КЗ. При касании токоведущих частей должен сработать УЗО.
Система TT
Terra – Terra. Я уже писал в статье про эту систему, в ней заземляющий провод PE подключается к контуру заземления, и больше никуда. Применяется в основном в частных домах и временных постройках и электроустановках.
Всё замечательно, если также применяются УЗО от прикосновения к токонесущим частям и защитные автоматы от КЗ.
Но есть один минус. Если в других системах своё заземление делать не обязательно, понадеявшись на заземление на подстанции или на столбах, то в данном случае его придётся делать. И делать очень качественно, чтобы в случае замыкания КЗ на землю ток короткого замыкания был достаточен для срабатывания автомата защиты.
То есть возможен вариант, когда при КЗ на корпус потенциал корпуса останется близким к нулю, всё замечательно. Но при этом автомат защиты не выбьет, хотя через него (и через проводку дома) будет идти ток, близкий к максимальному! И проблема может подкрасться с другой стороны…
Система IT
Напоследок расскажу про специфическую систему заземления IT. Во всех других системах используются источники питания (трансформаторы) с глухозаземленной нейтралью. Иначе говоря, нулевой проводник на стороне источника заземлён.
Однако, в системе IT источник питания полностью изолирован от земли – и ноль, и (естественно)) фаза.
В результате по отношению к земле потенциал отсутствует. И при замыкании на землю ничего не произойдёт, ведь ток не потечёт, либо будет пренебрежимо мал.
Я встречал такие системы для питания управляющих цепей в серьезном промышленном оборудовании. Ещё эта система применяется в переносных генераторах и других источниках питания, а также в медицинских учреждениях. Если один из выводов такого источника не заземлить и подключить к нагрузке, он будет работать по системе IT.
Минус такой системы – при замыкании на землю она превратится в TN-C-S с плохим монтажом, и об этом даже можно не узнать, если не проконтролировать. И станет опасной.
Видео про заземление
Пожалуй, самое адекватное и понятное видео про заземление, которое я видел. Посмотрите, если кому показалось, что я пишу слишком скучно:
На этом заканчиваю тему, спасибо за терпение, жду мнений и вопросов в комментариях.
Система заземления является общей характеристикой питающей электрической сети и электроустановки здания.
Что представляют питающие сети с системой заземления TN?
Такие электросети имеют непосредственно присоединенную к земле точку. Открытые проводящие части электроустановки присоединяются к этой точке посредством нулевых защитных проводников.
На какие типы подразделяется система TN?:
В зависимости от устройства нулевого рабочего(N) и нулевого защитного(PE) проводников различают следующие три типа системы TN:
- система TN-C - функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников объединены в одном проводнике по всей сети;
- система TN-C-S - функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников объединены в одном проводнике в части сети;
- система TN-S - нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно по всей системе.
Система заземления TN-C.
1- заземление нейтрали 2- токопроводящие части
В системе заземления TN-C нулевой рабочий проводник - N объединен с нулевым защитным проводником - РЕ в один проводник – PEN.
Система TN-C запрещена в новом строительстве, в цепях однофазного и постоянного тока. Это требование не распространяется на ответвления от ВЛ напряжением до 1 кВ к однофазным потребителям электроэнергии(ПУЭ 1.7.132).
Система заземления TN-C-S.
СхемаВ системе TN-C- S во вводном устройстве электроустановки совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник - РЕN разделен на нулевой защитный - РЕ и нулевой рабочий - N проводники.
У электроустановок с типом системы заземления TN-C-S нейтраль питающей линии является совмещенным нулевым защитным- PE и нулевым рабочим - N проводником (PEN). В системе TN-C-S все открытые проводящие части эктроустановки имеют непосредственную связь с точкой заземления трансформаторной подстанции.
В настоящее время в нашей стране активно ведется работа по повышению уровня электробезопасности в электроустановках жилых и общественных зданий. Важнейшим аспектом этой работы является усовершенствование и упорядочивание требований нормативных документов, особенно в области стандартизации устройства электроустановок. С целью расширения области применения электрооборудования класса защиты I по электробезопасности и с учетом решения «О развитии нормативной базы для безопасного применения электрооборудования класса защиты I по электробезопасности в электроустановках зданий», утвержденного Госстроем России, Госстандартом России и Минтопэнерго России от 09.08.93, Департамент электроэнергетики и Главгосэнергонадзор Минтопэнерго России приняли решение о внесении изменений в гл. 7.1 Правил устройства электроустановок (ПУЭ, 6-е изд., 1986 г.) «Электрооборудование жилых и общественных зданий». В п. 2 этого решения указывалось: «Ввести дополнительный абзац в п. 7.1.33: В жилых и общественных зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых щитков до штепсельных розеток, должны выполняться трехпроводными (фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники). Питание стационарных однофазных электроприемников следует выполнять трехпроводными линиями. При этом нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не следует подключать на щитке под один контактный зажим». Таким образом, был сделан первый шаг по пути внедрения в России в электроустановках жилых и общественных зданий системы заземления TN-C-S.
Система заземления ТN-С-S, позволяет в комплексе с широким внедрением УЗО обеспечить высокий уровень электробезопасности в электроустановках без их коренной реконструкции
Обозначения для электроустановок напряжением до 1 кВ.
/1.7.3./ Для электроустановок напряжением до 1 кВ приняты следующие обозначения:
система TN - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
система TN-С - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении;
система TN-S - система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении;
система TN-C-S - система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания;
система IT - система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены;
система ТТ - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.
Первая буква - состояние нейтрали источника питания относительно земли:
Т - заземленная нейтраль;
I - изолированная нейтраль.
Вторая-буква - состояние открытых проводящих частей относительно земли:
Т - открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;
N - открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.
Последующие (после N) буквы - совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:
S - нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены;
С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (
Режимы заземления нейтрали в сетях 0,4 кв
В главе 1.7 нового издания ПУЭ приведены возможные варианты (режимы) заземления нейтрали и открытых проводящих частей 1 в сетях 0,4 кВ. Они соответствуют вариантам, указанным в стандарте Международной электротехнической комиссии (МЭК).Режим заземления нейтрали и открытых проводящих частей обозначается двумя буквами: первая указывает режим заземления нейтрали источника питания (силового трансформатора 6-10/0,4 кВ), вторая 13 открытых проводящих частей. В обозначениях используются начальные буквы французских слов :
- Т (terre 13 земля) 13 заземлено;
- N (neutre 13 нейтраль) 13 присоединено к нейтрали источника;
- I (isole) 13 изолировано.
- TN 13 нейтраль источника глухо заземлена, корпусы электрооборудования присоединены к нейтральному проводу;
- ТТ 13 нейтраль источника и корпусы электрооборудования глухо заземлены (заземления могут быть раздельными);
- IT 13 нейтраль источника изолирована или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, корпуса электрооборудования глухо заземлены.
- TN-C 13 нулевые рабочий и защитный проводники объединены (С 13 первая буква англ. слова combined 13 объединенный) на всем протяжении. Объединенный нулевой проводник называется PEN по первым буквам англ. слов protective earth neutral 13 защитная земля, нейтраль;
- TN-S 13 нулевой рабочий проводник N и нулевой защитный проводник PE разделены (S 13 первая буква англ. слова separated 13 раздельный);
- TN-C-S 13 нулевые рабочий и защитный проводники объединены на головных участках сети в проводник PEN, а далее разделены на проводники N и PE.
2 Косвенное прикосновение 13 электрический контакт людей и животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. То есть это прикосновение к металлическому корпусу электрооборудования при пробое изоляции на корпус.
Сравним возможные режимы заземления нейтрали и открытых проводящих частей в сетях 0,4 кВ 13 отметим преимущества и существенные недостатки. Основными критериями для сравнения являются:
- электробезопасность (защита от поражения людей электрическим током);
- пожаробезопасность (вероятность возникновения пожаров при коротких замыканиях);
- бесперебойность электроснабжения потребителей;
- перенапряжения и защита изоляции;
- электромагнитная совместимость (в нормальном режиме работы и при коротких замыканиях);
- повреждения электрооборудования при однофазных коротких замыканиях;
- проектирование и эксплуатация сети.
СЕТЬ TN-C
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей (занулением) до последнего времени были широко распространены в России.Электробезопасность в сети TN-C при косвенном прикосновении2 обеспечивается отключением возникших однофазных замыканий на корпус с помощью предохранителей или автоматических выключателей. Режим TN-C был принят в качестве главенствующего в то время, когда основными аппаратами защиты от замыканий на корпус были предохранители и автоматические выключатели. Характеристики срабатывания этих аппаратов защиты в свое время определялись особенностями защищаемых воздушных линий (ВЛ) и кабельных линий (КЛ), электродвигателей и других нагрузок. Обеспечение электробезопасности было второстепенной задачей.
При относительно низких значениях токов однофазного КЗ (удаленность нагрузки от источника, малое сечение провода) время отключения существенно возрастает. При этом электропоражение человека, прикоснувшегося к металлическому корпусу, весьма вероятно. Например, для обеспечения электробезопасности отключение КЗ на корпус в сети 220 В должно выполняться за время не более 0,2 с . Но такое время отключения предохранители и автоматические выключатели способны обеспечить только при кратностях токов КЗ по отношению к номинальному току на уровне 6-10. Таким образом, в сети TN-C существует проблема обеспечения безопасности при косвенном прикосновении из-за невозможности обеспечения быстрого отключения. Кроме того, в сети TN-C при однофазном КЗ на корпус электроприемника возникает вынос потенциала по нулевому проводу на корпуса неповрежденного оборудования, в том числе отключенного и выведенного в ремонт. Это увеличивает вероятность поражения людей, контактирующих с электрооборудованием сети. Вынос потенциала на все зануленные корпуса возникает и при однофазном КЗ на питающей линии (например, обрыв фазного провода ВЛ 0,4 кВ с падением на землю) через малое сопротивление (по сравнению с сопротивлением контура заземления подстанции 6-10/0,4 кВ). При этом на время действия защиты на нулевом проводе и присоединенных к нему корпусах возникает напряжение, близкое к фазному. Особую опасность в сети TN-C представляет обрыв (отгорание) нулевого провода. В этом случае все присоединенные за точкой обрыва металлические зануленные корпуса электроприемников окажутся под фазным напряжением.
Самым большим недостатком сетей TN-C является неработоспособность в них устройств защитного отключения (УЗО) или residual current devices (RCD) по западной классификации.
Пожаробезопасность сетей TN-C низкая. При однофазных КЗ в этих сетях возникают значительные токи (килоамперы), которые могут вызывать возгорание. Ситуация осложняется возможностью возникновения однофазных замыканий через значительное переходное сопротивление, когда ток замыкания относительно невелик и защиты не срабатывают либо срабатывают со значительной выдержкой времени.
Бесперебойность электроснабжения3 в сетях TN-C при однофазных замыканиях не обеспечивается, так как замыкания сопровождаются значительным током и требуется отключение присоединения.
В процессе однофазного КЗ в сетях TN-C возникает повышение напряжения (перенапряжения) на неповрежденных фазах примерно на 40%. Сети TN-C характеризуются наличием электромагнитных возмущений. Это связано с тем, что даже при нормальных условиях работы на нулевом проводнике при протекании рабочего тока возникает падение напряжения. Соответственно между разными точками нулевого провода имеется разность потенциалов. Это вызывает протекание токов в проводящих частях зданий, оболочках кабелей и экранах телекоммуникационных кабелей и соответственно электромагнитные помехи. Электромагнитные возмущения существенно усиливаются при возникновении однофазных КЗ со значительным током, протекающим в нулевом проводе.
Значительный ток однофазных КЗ в сетях TN-C вызывает существенные разрушения электрооборудования. Например, прожигание и выплавление стали статоров электродвигателей. На стадии проектирования и настройки защит в сети TN-C необходимо знать сопротивления всех элементов сети, в том числе и сопротивления нулевой последовательности для точного расчета токов однофазных КЗ. То есть необходимы расчеты или измерения сопротивления петли фаза-нуль для всех присоединений. Любое существенное изменение в сети (например, увеличение длины присоединения) требует проверки условий защиты.
СЕТЬ TN-S
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей называются пятипроводными. В них нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены. Само по себе использование сети TN-S не обеспечивает электробезопасность при косвенном прикосновении, так как при пробое изоляции на корпусе, как и в сети TN-C, возникает опасный потенциал. Однако в сетях TN-S возможно использование УЗО. При наличии этих устройств уровень электробезопасности в сети TN-S существенно выше, чем в сети TN-С. При пробое изоляции в сети TN-S также возникает вынос потенциала на корпуса других электроприемников, связанных проводником PE. Однако быстрое действие УЗО в этом случае обеспечивает безопасность. В отличие от сетей TN-С обрыв нулевого рабочего проводника в сети TN-S не влечет за собой появление фазного напряжения на корпусах всех связанных данной линией питания электроприемников за точкой разрыва.Пожаробезопасность сетей TN-S при применении УЗО в сравнении с сетями TN-С существенно выше. УЗО чувствительны к развивающимся дефектам изоляции и предотвращают возникновение значительных токов однофазных КЗ.
В отношении бесперебойности электроснабжения и возникновения перенапряжений, сети TN-S не отличаются от сетей TN-С.
Электромагнитная обстановка в сетях TN-S в нормальном режиме существенно лучше, чем в сетях TN-С. Это связано с тем, что нулевой рабочий проводник изолирован и отсутствует ответвление токов в сторонние проводящие пути. При возникновении однофазного КЗ создаются такие же электромагнитные возмущения, как и в сетях TN-С.
Наличие в сетях TN-S устройств УЗО существенно снижает объем повреждений при возникновении однофазных КЗ по сравнению с сетями TN-С. Это объясняется тем, что УЗО ликвидирует повреждение в его начальной стадии.
В отношении проектирования, настройки защит и обслуживания, сети TN-S не имеют каких-либо преимуществ по сравнению с сетями TN-С. Отмечу, что сети TN-S более дорогие в сравнении с сетями TN-С из-за наличия пятого провода, а также УЗО.
СЕТЬ TN-С-S
Это комбинация рассмотренных выше двух типов сетей. Для этой сети будут справедливы все преимущества и недостатки, указанные выше.СЕТЬ TТ
Особенностью данного типа сетей 0,4 кВ является то, что открытые проводящие части электроприемников присоединены к заземлению, которое обычно независимо от заземления питающей подстанции 6 1310/0,4 кВ.Электробезопасность в этих сетях обеспечивается использованием УЗО в обязательном порядке. Само по себе использование режима ТТ не обеспечивает безопасности при косвенном прикосновении. Если сопротивление местного заземлителя, к которому присоединены открытые проводящие части, равно сопротивлению заземления питающей подстанции 6(10)/0,4 кВ и возникает замыкание на корпус, то напряжение прикосновения составит половину фазного напряжения (110 В для сети 220 В). Такое напряжение опасно, и необходимо немедленное отключение поврежденного присоединения. Но отключение не может быть обеспечено автоматическими выключателями и предохранителями за безопасное для прикоснувшегося человека время из-за малой величины тока однофазного замыкания. Например, если принять, что сопротивления заземления питающей подстанции 6(10)/0,4 кВ и местного заземлителя равны 0,5 Ома, и пренебречь сопротивлениями силового трансформатора и кабеля, при фазном напряжении 220 В ток однофазного замыкания на корпус в сети ТТ составит всего 220 А. С учетом всех сопротивлений в цепи замыкания ток будет еще меньше.
Пожаробезопасность сетей TТ в сравнении с сетями TN-С существенно выше. Это связано со сравнительно малой величиной тока однофазного замыкания и с применением УЗО, без которых сети ТТ вообще эксплуатироваться не могут.
Бесперебойность электроснабжения3 в сетях TТ при однофазных замыканиях не обеспечивается, так как требуется отключение присоединения по условиям безопасности.
При возникновении однофазного замыкания на землю в сети ТТ напряжение на неповрежденных фазах относительно земли повышается, что связано с появлением напряжения на нейтрали питающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ. Если принять сопротивления, указанные выше, то напряжение на нейтрали составит половину фазного. Такое повышение напряжения не опасно для изоляции, так как однофазное замыкание достаточно быстро ликвидируется действием УЗО, причем в большинстве случаев до своего полного развития и достижения током максимума.
В системе ТТ нескольких корпусов электроприемников обычно объединены одним защитным проводником РЕ и присоединены к общему заземлителю, отдельному, как уже сказано, от заземлителя питающей подстанции. Выполнять отдельный заземлитель в сети ТТ для каждого электроприемника нецелесообразно по экономическим соображениям. В нормальном режиме по защитному проводнику в системе ТТ не протекает ток и соответственно между корпусами отдельных электроприемников нет разности потенциалов. То есть в нормальном режиме электромагнитные возмущения (разность потенциалов между корпусами, протекание токов по конструкциям зданий и оболочкам кабелей) отсутствуют. При возникновении однофазного замыкания ток относительно невелик, при его протекании падение напряжения на защитном проводнике невелико, длительность протекания тока мала. Соответственно возникающие при этом возмущения также невелики. Таким образом, с позиций электромагнитных возмущений сеть ТТ имеет преимущество по сравнению с сетями TN-С в нормальном режиме работы и с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S в режиме однофазного замыкания.
Объем повреждений оборудования в сетях ТТ при возникновении однофазных КЗ невелик, что связано с малой величиной тока в сравнении с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S и с использованием УЗО, которые обеспечивают отключение до полного развития повреждения изоляции.
С точки зрения проектирования, сети ТТ имеют существенное преимущество по сравнению с сетями TN. Использование в сетях ТТ УЗО устраняет проблемы, связанные с ограничением длины линий, необходимостью знать полное сопротивление петли КЗ. Сеть может быть расширена или изменена без повторного расчета токов КЗ или замера сопротивления петли тока КЗ. Учитывая, что сам по себе ток однофазного КЗ в сетях ТТ меньше, чем в сетях TN-S, TN-С-S, сечение защитного проводника РЕ в сети ТТ может быть меньше.
СЕТЬ IT
Нейтральная точка питающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ такой сети изолирована от земли или заземлена через значительное сопротивление (сотни Ом 13 несколько кОм). Защитный проводник в таких сетях отделен от нейтрального.Электробезопасность при однофазном замыкании на корпус в этих сетях наиболее высокая из всех рассмотренных. Это связано с малой величиной тока однофазного замыкания (единицы ампер). При таком токе замыкания напряжение прикосновения крайне невелико и отсутствует необходимость немедленного отключения возникшего повреждения. Кроме того, в сети IT безопасность может быть улучшена за счет применения УЗО.
Пожаробезопасность сетей IT самая высокая в сравнении с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S, ТТ. Это объясняется наименьшей величиной тока однофазного замыкания (единицы ампер) и малой вероятностью возгорания.
Сети IT отличаются высокой бесперебойностью электроснабжения потребителей. Возникновение однофазного замыкания не требует немедленного отключения.
При возникновении однофазного замыкания на землю в сети IT напряжение на неповрежденных фазах увеличивается в 1,73 раза. В сети IT с изолированной нейтралью (без резистивного заземления) возможно возникновение дуговых перенапряжений высокой кратности.
Электромагнитные возмущения в сетях IT невелики, поскольку ток однофазного замыкания мал и не создает значительных падений напряжения на защитном проводнике.
Повреждения оборудования при возникновении однофазного замыкания в сетях IT очень малы. Для эксплуатации сети IT необходим квалифицированный персонал, способный быстро находить и устранять возникшее замыкание. Для определения поврежденного присоединения необходимо специальное устройство (в западных странах применяется генератор тока с частотой, отличной от промышленной, включаемый в нейтраль). Сети IT имеют ограничение на расширение сети, так как новые присоединения увеличивают ток однофазного замыкания.
Заключение
В качестве общих рекомендаций для выбора той или иной сети можно указать следующее: 1. Сети ТN-C и ТN-C-S не следует использовать из-за низкого уровня электро- и пожаробезопасности, а также возможности значительных электромагнитных возмущений.2. Сети TN-S рекомендуются для статичных (не подверженных изменениям) установок, когда сеть проектируется «раз и навсегда».
3. Сети ТТ следует использовать для временных, расширяемых и изменяемых электроустановок. 4. Сети IT следует использовать в тех случаях, когда бесперебойность электроснабжения является крайне необходимой.
Возможны варианты, когда в одной и той же сети следует использовать два или три режима. Например, когда вся сеть получает питание по сети TN-S, а часть ее через разделительный трансформатор по сети IT.
Отметим, что ни один из способов заземления нейтрали и открытых проводящих частей не является универсальным. В каждом конкретном случае необходимо проводить экономическое сравнение и исходить из критериев: электробезопасности, пожаробезопасности, уровня бесперебойности электроснабжения, технологии производства, электромагнитной совместимости, наличия квалифицированного персонала, возможности последующего расширения и изменения сети.
