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.

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:

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:

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.

Используется достаточно часто в России. В России в настоящий момент вытесняется системой TNS.

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) << 220 В / ΔI; для УЗО с ΔI =30мА: R (CD) << 7кОм.

R (AB) =RL – сопротивление повреждённого участка (между точкой токоведущего проводника из которого произошла утечка на «землю» и «Землей»).

U (AB) =UL – разность потенциалов между точкой токоведущего проводника (из которого произошла утечка на «землю») и «Землей» (напряжение пробоя).

R (CD) – сопротивления между «Землей» трансформатора ТП и «Землей» потребителя.

Если R (CD) мало (в норме), то при нарушении изоляции срабатывание УЗО будет обеспечивать безопасное отключение аварийного участка и свидетельствовать, что это место подлежит ремонту.

Если R (CD) велико (не в норме) и УЗО работать не будет, то первое нарушение изоляции не приведёт к удару током, но отсутствие сработавшего УЗО не позволит обнаружить аварию и сделать своевременный ремонт, а второй пробой приведёт к аварии.

Система IT (Изолированная нейтраль)

Основные принципы схемы IT:

Подробные замечания:

Рис.5б. Двойной пробой / нарушение изоляции в системах IT

I L1 = U Ф / R линии

U L1 = R L1 * I L1

Первое нарушение изоляции не опасно в IT! То есть человек безопасно может коснуться одновременно фазы и «Земли »в IT.

R L1 – сопротивление повреждённого участка (между точкой токоведущего проводника из которого произошла утечка на землю и «Землей».

U L1 – разность потенциалов между точкой токоведущего проводника (из которого произошла утечка на землю) и «Землей» (напряжение пробоя).

U ф – фазное напряжение трансформатора

I L1 – ток пробоя / утечки / leakage.

Если происходит второе нарушение изоляции на другом фазном проводнике, в то время как первое нарушение ещё не устранено (см. рис. 5б), контактная разность потенциалов второго места нарушения (напряжение пробоя) равна U L2 = √3*U Ф -U L1 может быть велика и опасна.

При малых сопротивлениях первого и второго повреждённых участков (R L1 , R L2 ) значительный ток утечки может протекать по проводнику, соединяющему «земли» первого и второго повреждённого участков (корпуса нагрузок):

I L1 = I L2 = √3*U Ф / (R L1 + R L2)

Второе нарушение изоляции опасно в IT!

Корпуса нагрузок приобретают потенциалы, обусловленные этим током. Таким образом, если КЗ на 1 участке не опасно то последующее КЗ на 2 участке так же опасно, как и в системах TN. Поэтому необходимо УЗО.

Обозначения:

  • U L1 (U L2) – напряжение пробоя первого (второго) повреждённого участка.
  • U Ф – фазное напряжение трансформатора.
  • I L1 (I L2) – ток пробоя/утечки 1 участка (2 участка).
  • R L1 (R L2) – сопротивление 1 (2) повреждённого участка.

Совместное использование автоматов токовой защиты и УЗО обеспечивают в данных случаях необходимую защиту. В этом случае по безопасности система IT сравнима с TNS с УЗО, то есть срабатывание УЗО (аварийный участок отключается) свидетельствует о том, что произошло первое нарушение изоляции и позволяет его своевременно устранить.

Для надёжного срабатывания УЗО требуется установка принудительного сопротивления Z N (Нейтраль-«Земля») обычно не более 1500 Ом. Без этого сопротивления первый пробой нельзя обнаружить (и своевременно устранить), если в системе других устройств нет (кроме УЗО и токовых автоматов – см. ниже).

Кроме этих возможностей, только система IT позволяет ещё сильнее повысить безопасность.

Дополнительно повысить степень защищённости можно установкой ПМИ / PIM (постоянного мониторинга изоляции / датчика изоляции). ПМИ представляет собой высокоомный амперметр (или вольтметр, подключенный параллельно Z N ), включаемый так же как и Z N между Нейтралью и «Землей» ТП.

ПМИ позволяет:

  • Точно фиксировать серьёзные пробои фаза – «Земля», вплоть до КЗ.
  • Постоянно фиксировать состояние изоляции проводников в системе (медленное старение и ухудшение параметров изоляционного материала).

В отличие от остальных систем (TN, TT), это позволяет обнаружить первое нарушение изоляции, но не отключать аварийный участок (так как в IT первое нарушение изоляции не опасно), а довести работу на нём до конца, и только после ее завершения произвести штатное отключение и ремонт изоляции. Это особенно важно, например, для больниц и др. мест где важно не столько своевременно автоматически «отрубить» аварийную цепь, сколько заранее устранять все неисправности и исключать возможности внезапного неконтролируемого автоматического отключения цепей. Поэтому система IT введена во многих странах как стандарт для госпиталей, сооружений связанных с проводящими средами (водой, землёй и др.), например, корабли, метро и др. мест требующих повышенной безопасности.

Таким образом под повышенной безопасностью системы IT понимается возможность безопасно обнаруживать и устранять аварии изоляции всех проводников в системе.

В IT системе установка токовых автоматов обязательна. УЗО устанавливаются в зависимости от особенностей нагрузок и применяемых Z N и ПМИ.

Кроме этого, сами защитные цепи ПМИ дополнительно защищаются, например, на ТП с помощью разрядника или блока защиты от выбросов напряжения (surge limiter, surge suppresor).

Обозначения:

  • SCPD (Short-Circuit Protection Device) – автомат защиты от короткого замыкания, токовый автомат, автоматический выключатель с термомагнитным расцепителем. Автомат размыкает цепь, если ток в цепи превысил паспортный номинальный ток автомата.
  • RCD (Residual Current Devices) – УЗО, устройство защитного отключения, устройство разностного тока или более точное название: устройство защитного отключения, управляемое дифференциальным (остаточным) током, сокращенно УЗО−Д) или выключатель дифференциального тока (ВДТ) или защитно-отключающее устройство (ЗОУ) – механический коммутационный аппарат, который при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения вызывает размыкание цепи нагрузки.
  • PIM (permanent insulation monitor) – ПМИ постоянный мониторинг изоляции / датчик изоляции.
  • Z N optional impedance – дополнительное принудительное сопротивление Нейтраль-Земля на ТП.
  • Surge Limiter (surge suppresor, surge arrestor) – разрядник или блок защиты от выбросов напряжения или блок защиты от перенапряжения.

Внимание!

Все вышеприведённая информация относится к защите пользователя, имеющего доступ только к изолированным проводам и электрооборудованию в защитном корпусе.

Пожалуйста помните, что более глубокое проникновение в электрооборудование может быть опасно для жизни, даже при самых безопасных системах заземления, при использовании автоматов, УЗО, датчиков изоляции и т.п.

Примеры тяжёлой опасности для человека:

Пример 1

Установлены: Любая система заземления. Любые устройства защиты в цепях переменного тока. ИБП 100 кВА – батареи в батарейном кабинете всегда под напряжением (в том числе. при отключенном ИБП) и опасны.
ВНИМАНИЕ! ВЫСОКОЕ ПОСТОЯННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!

Пример 2

Система IT. Есть автомат. Есть УЗО. Есть датчик изоляции. Есть изолированный коврик. Имеется любое устройство, например, электромотор, стабилизатор, ИБП 100 кВA. Касание (одновременное) человеком фазы и нейтрали или двух фаз на клеммной панели (или соответствующих проводов с нарушенной изоляцией) этого устройства опасно
ВНИМАНИЕ! ВЫСОКОЕ ПЕРЕМЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ!
(УЗО не сработает, если человек находится на изолирующем коврике!)

Пример 3

Так же поражение человека может случиться вообще без касания им проводников под током, например гаечный ключ уроненный на клеммы сборки аккумуляторов 100 А·ч может сгореть как предохранитель с опасной световой вспышкой и поражая окружающее пространство брызгами металла.

Внимание!

Для обеспечения полной безопасности необходимо ещё 4 дополнительных условия:

  1. Разработчик оборудования принял меры по обеспечению высокого уровня безопасности оборудования и его обслуживания.
  2. Инженер, работающий с оборудованием, принял меры по обеспечению высокого уровня безопасности проводимых работ.
  3. Окружающая среда в норме, например, температура, влажность в норме и нет опасности прорыва соседней водопроводной трубы и т.д.
  4. Часы наработки оборудования не превысили опасный предел (вопрос времени).

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

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.

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

  • N — функциональный «ноль»;
  • PE — защитный «ноль»;
  • PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае - глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых - утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять - соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S


Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S


С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» - ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.


При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT


Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника - «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления - «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник - потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное - жизнь человека.

Смотрите также .

Для подавляющего большинства «электрифицированной» части населения планеты слово заземление вызывает в памяти две картины: или вкопанный в землю металлический штырь, к которому присоединен спускающийся от расположенного на крыше молниеприемника провод, или два металлических «язычка» в так называемой «евророзетке». Такая «осведомленность» приводит к довольно распространенной ситуации, когда не найдя в электропроводке квартиры третьего провода для присоединения к заземляющим контактам розетки, умельцы соединяют их дополнительным проводом с трубами водопровода или отопления.

Логика подобных действий основана на прочно укоренившемся убеждении, что раз эти трубы уходят под землю, значит они должны иметь с ней электрический контакт. Когда-то, во времена СССР так оно и было, но сегодня, когда пластиковые диэлектрические трубы стали повседневностью, такое «заземление» будет представлять опасность для людей во всех помещениях, через которые проходит заизолированный пластиковой вставкой участок трубы. Если теперь на «заземленной» таким способом стиральной машине случится электропробой на корпус, то в квартире по соседству между трубой канализации и водопроводным краном возникнет разность потенциалов.

Представьте теперь ощущения соседа, который принимая ванну, дотронется до крана и через его тело потечет электрический ток! Учитывая низкое сопротивление мокрой кожи, подобная ситуация может иметь трагические последствия. А ведь правильно обустроенное заземление – это наша основная защита от поражения током при пробое на корпус электрооборудоания или повреждении изоляции.

Чтобы избежать неприятностей, кратко рассмотрим, как организовано заземление при электроснабжении здания путем подключения к трансформаторной подстанции (ТП) и где правильно искать третий провод для разъемного полюса заземления трехполюсной розетки.

Организация собственной системы заземления ТП и идущих к потребителю проводников определяет тип системы заземления в подключенных к этой ТП зданиях. Не вдаваясь в технические подробности, укажем, что общая точка соединенных обмоток трансформатора называется нейтралью или нулевой точкой (поскольку при нормальных условиях нагрузки ее потенциал равен нулю).

Подсоединенная к собственной системе заземления подстанции нейтраль является глухозаземленной и в аббревиатуре типа заземления обозначается стоящей на первом месте буквой Т (Тerra - земля). Если нейтраль изолирована (подключена к системе заземления через высокое сопротивление), то на первом месте будет буква І (Isole).

В свою очередь, заземление открытых проводящих частей потребителей, то есть расположенных в доме электроустановок и электроприборов, может осуществляться или через ту же, организованную на ТП, систему заземления через проводник (вторая буква N (Neutre - нулевой) в аббревиатуре), или при помощи собственного электрически независимого от заземления нейтрали контура заземления (вторая буква – Т). Сочетание этих вариантов дает нам три типа заземления при централизованном электроснабжении TN, ТТ и ІТ.

Для низковольтных (до 1000 В) линий электроснабжения основной является система заземления типа TN, которая подразделяется на три подтипа. В любом случае для электроснабжения потребителей от ТП прокладывают кабеля фазных проводников (L) и нулевой рабочий проводник (N). И по фазным и по нулевому рабочему проводникам протекает электроток, только первые имеют относительно земли опасный для жизни потенциал, а второй заземляется на подстанции. В комплекте с ними также идет нулевой защитный проводник (PE - Protective Earthing). От технической реализации исполнения функций обоих нулевых проводников имеем TN системы:

СИСТЕМА TN-C

На территории СНГ в построенных до начала нынешнего ХХІ века повсеместно многоквартирных домах использовалась система TN-C.

В этом случае оба нулевых проводника защитный и рабочий по всей длине объединяли в один изолированный провод РЕN (Combine – объединять) и подводили к вводно-распределительному устройству (ВРУ) здания.

При такой схеме в домах однофазная проводка имеет два, а трехфазная четыре провода и заземляющий контакт в евророзетке присоединить не к чему. Заземление этого типа часто называют занулением.

К достоинствам TN-C заземления можно отнести простоту и дешевизну по сравнению с другими системами. Действует при этом только защита от сверхтоков (автоматические выключатели), а устройства защитного отключения (УЗО) при таком типе заземления неработоспособны.

В случае однофазного короткого замыкания токи могут достигать несколько килоампер приводя к возгоранию проводки, поэтому у такой электросети низкая пожаробезопасность. Но наибольшую опасность при системе заземления этого типа представляет появление на корпусах электрооборудования фазного напряжения при обрыве РЕN проводника (так называемое отгорание нуля).

Это случается все чаще, поскольку проводка прокладывались, ориентируясь на норматив потребляемой мощности не более 1100 Вт на квартиру, значение которой в реалиях сегодняшнего дня превышается в несколько раз (электрочайник + телевизор + холодильник + компьютер + настольная лампа + освещение уже дает по минимуму 2 кВт).

Кроме этого, имеющие на входе симметричный фильтр импульсных помех с присоединенной к корпусу средней точкой, импульсные блоки питания современной электронной техники способствуют выносу на корпус напряжения в 110 В. Все это способствовало запрету в действующей редакции «Правил устройства электроустановок» применения системы заземления TN-C в новых постройках.

СИСТЕМА TN-S

Система TN-S - вариант заземления, когда на всем пути от источника питания до потребителя нулевые проводники разделены, то есть от ТП до розеток в квартире прокладываются два разных провода - рабочий ноль N и защитный ноль РЕ (Separe - разделять).

В сетях этого типа в случае пробоя на корпус, как и при TN-C системе заземления, также возникает опасное для жизни напряжение.

Но возможность использования УЗО (при пробое на корпус ток будет течь к защитному нулю РЕ, приводя к срабатыванию УЗО) делает на сегодня систему TN-S наиболее безопасной.

Разделение нулевых проводников также предотвращает возникновение высокочастотных наводок и других помех, что важно для работы чувствительной к ним электроники.

Обрыв рабочего нуля N в подобной системе заземления не приводит к появлению фазного напряжения на корпусах подключенного к линии электроснабжения оборудования. Основной «проблемой» при использовании системы TN-S, которая на данный момент повсеместно используется только в Великобритании, является ее стоимость, поскольку от ТП до потребителя необходимо прокладывать дополнительный кабель.

СИСТЕМА TN-C-S

Стремление повысить безопасность TN-C системы заземления и при этом не понести многомиллионных затрат привело к появлению гибрида TN-C + TN-S, когда от ТП до ВРУ здания или до ближайшей опоры идет общий РЕN, а после разделяется на два отдельных провода N и PE с обязательным повторным заземлением. Обозначается такая организация заземления как TN-C-S.

И если на постсоветском пространстве модернизацию системы TN-C начали относительно недавно, то в таких странах, как США, Швеция и Финляндия, Польша, Венгрия, Чехия и Словакия, Великобритания, Швейцария, Германия занялись этим еще в 1960-е годы. В этом случае в домах однофазная проводка имеет три, а трехфазная пять проводов.

Как правило, в квартиру заводится розеточная группа (L, N и PE), группа на электроплиту (L, N и PE) и группа освещения (L, N). То есть к розетке идут три провода и уже есть к чему присоединить заземляющий контакт. Возможность применения УЗО на участке TN-S обеспечивает высокий уровень защиты при утечках тока.

Но на участке TN-C сохраняется опасность отгорания нуля, в результате чего на PE появится фазное напряжение. Для защиты от этой неприятности предназначена дополнительная система уравнивания потенциалов, но при реконструкции системы электроснабжения в старых домах у нас ее практически никогда не делают.

При желании самостоятельно организовать в квартире систему заземления TN-C-S и при этом существенно сэкономить нередко возникает желание разделить РЕN проводник прямо в розеточной коробке, подсоединив один конец к рабочему полюсу розетки, а другой – заземляющему контакту.

Опасность этого варианта в том, что на заземляющем контакте и, соответственно, на корпусе включенного в розетку оборудования появится фазный потенциал в двух случаях, вероятность которых довольно высока: 1) обрыве РЕN проводника, который в этом случае включает квартирную проводку вплоть до розетки; 2) перестановка идущих к этой розетке нулевого и фазного проводника.

В домах старой постройки осуществляют также попытки организовать TN-C-S путем разделения РЕN не на ВРУ, а в этажном щите, прокладывая дополнительный провод. При этом, поскольку согласно требованиям ПУЭ запрещено подключать рабочий и защитный нулевые проводники под общий контактный зажим, их подключают к разным зажимам нулевой шины в щите.

Фазный потенциал на корпусе подключенного оборудования может появиться в тех же случаях, что описаны выше, но вероятность отгорания нуля уменьшается. В домах постройки 1980-х подобная схема разделения PEN в электрощите рядом со счетчиком применялась при установке электроплит и защитный РЕ провод прокладывался только для плиты.

Самая совершенная, на сегодня, система заземления «TN-S» (тип электрической сети) настоятельно рекомендуемая к использованию ПУЭ (Правилами Устройства Электроустановок).В России до настоящего времени применяется система подобная TN-C (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-S» - от питающей подстанции до потребителя идут два разных нулевых провода: N - рабочий ноль и PE - защитный ноль, тем самым, обеспечивается наибольшая электробезопасность, как для человека, так и для электропотребителей.

При пробое на корпус, ток утечки идет по зануляющему (заземляющему) проводнику на защитный ноль - PE, чем вызывает срабатывание УЗО (токи через дифференциальный трансформатор к нагрузке и обратно не равны). А при большом токе утечки срабатывает автоматический выключатель

Вообще система заземления «TN-S», была впервые разработана в 1930-х годах и внедрена на территории Европейских стран, в которых последние лет 50 является основной схемой защиты потребителей электроэнергии. Скорее всего, такая же задача стоит и перед Российскими предприятиями электрических сетей, так как при проектировании новых линий развития электроснабжения, рекомендуется использовать пятижильный электромонтаж для трехфазных вводов и трехжильный – для однофазного подключения, начиная от источника питания и заканчивая розеткой конкретного абонента. Как известно – рекомендации очень часто переходят в нормы и положения стандартов, а пока одним из этапов такого перехода, является обязательный электромонтаж по системе заземления «TN-С-S», так как прямой переход из «TN-С» в «TN-S» сопряжен с большими капиталовложениями и сопоставим со строительством новой ГЭС.

Рис1. Система TN-C

Рис2. Система TN-S

Рис3. Система TN-C-S

Что же в нем такого замечательного, если требуется, пусть постепенный, но обязательный переход? Чтобы выяснить это, прежде всего, рассмотрим его электрическую схему. Она полностью идентична с традиционной системой электроснабжения, где помимо токоведущих линий включен нулевой проводник, с той немаловажной разницей, что в схему добавляется еще один нулевой проводник, не требующий повторного заземления ни на линии «N», ни на линии «РЕ», которая осуществляется только на начальном источнике питания. Тем самым, позволяя разделить их рабочие и защитные функции по отдельным шинам питания. То есть рабочий проводник «N» выполняет только функции ЭДС (электродвижущая сила - физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура), а проводник «РЕ» – только функции защиты, при этом, добиваясь полной изоляции друг от друга. Такая схема электромонтажа, особенно актуальна, в срезе проблем, когда совершенно не осуществляется контроль над состоянием защитных заземленных контуров, как видно, надобность в этом полностью отпадает.

Теперь, после того как выяснили электрическую схему, становится очевидным, что такая система заземления «TN-S» максимально обеспечивает защиту электрического оборудования и самого человека. Мало того, она исключает высокочастотные наводки и другие помехи на потребительские линии исходящие от некоторых приборов. Подобную ситуацию, наверняка наблюдал каждый из нас, когда в соседнем подъезде кем-то использовалась электробритва, иногда дрель или сварочный аппарат, то на экране телевизора появлялись дребезжащие искажения. Такая система, если не полностью, то большую часть помех, колебательных и электромагнитных возбуждений, временами возникающих в электрических сетях, непременно исключает. Поэтому, система заземления «TN-S», очень полюбилась сотрудникам, которые работают с информационным, телекоммуникационным, радарным или локационным оборудованием, так как осуществляется максимальная изоляция от кожухов и корпусов других электрических устройств, а также наводок через «землю», иначе говоря, от источников помех.

Условные обозначения систем заземления:

Первая буква - состояние нейтрали источника относительно земли.

Т - заземлённая 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 глухозаземлённой нейтрали источника питания.

Буквы после N - совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников.

S - нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники разделены.
С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (РЕN-проводник) .

Люди каждый день в быту пользуются различными электрическими приборами, начиная от кофеварки и фена, заканчивая холодильником и стиральной машиной. Они живут в многоэтажных домах, ездят на работу в метро и даже не подозревают, сколько усилий сделано разработчиками этих приборов и устройств, чтобы они могли без страха за свою жизнь пользоваться этими дарами цивилизации. Сейчас любое устройство, здание, сооружение проверяется на электробезопасность. При проектировании любых электроустановок независимо от их назначения, главным условием является их безопасная и нормальная работа, что обеспечивается безупречным проектом и безошибочным устройством заземления. Существуют системы заземления tn, tt и другие. Основным документом, определяющим работу разработчиков систем заземления, являются Правила устройства электроустановок.

Категории

Наша земля является колоссальным поглотителем электроэнергии любого происхождения, и это ее качество используется человеком для обеспечения безопасности при использовании электрических приборов.

Все заземлители делятся на две категории: естественные и искусственные. К первым относятся все металлические изделия, находящиеся в соприкосновении с землей. Это арматура в железобетонных конструкциях, в буронабивных сваях, канализационные, водопроводные трубы и прочие электропроводные предметы.

Но проводимость земли в разных местах сильно различается, зависит от типа почвы, места расположения, поэтому нормировать ее проводимость в местах растекания электрических зарядов от этих предметов не представляется возможным. Кроме этого, использование арматуры, труб, металлических ферм приводит к ускоренной коррозии и ухудшению их прочностных характеристик. В связи с этим, запрещается использовать при эксплуатации электроприборов и оборудования.

Государственными и международными стандартами разрешено применение только искусственного заземления. В этом случае оборудование через специальную шину присоединяется к заземлителю с допустимой нормированной проводимостью.

Виды искусственного заземления

Если рассматривать по функциональности, то существует защитное и рабочее заземления. Первое обеспечивает безопасность людей при использовании электроприборов, а второе – нормальную работу электроустановок. По типу заземления нулевого провода делятся на системы с изолированной (IT) и глухозаземленной (TN) нейтралью. На рисунке показаны все .

В системе IT нулевой провод генератора электроэнергии не имеет гальванической связи с заземлением, а токопроводящие части намеренно заземляются. Допускается между заземлителем и нейтралью установка дугообразующего устройства или приборов с большим внутренним сопротивлением.

Система заземления TN самая распространенная. В ней нулевой провод генератора электроэнергии глухо заземлен, а токопроводящие части с помощью специальных шин присоединяются к нему.

Она подразделяется еще на четыре подвида:

  • систему заземления TN-С, в ней рабочий и защитный нулевые провода представляют собой один проводник от источника до потребителя энергии;
  • систему TN-S, в ней рабочий и защитный нулевые провода представляют собой два проводника от источника до потребителя энергии;
  • систему заземления TN C S, в ней рабочий и защитный нулевые проводники представляют собой один проводник, начиная от генератора электроэнергии, затем на каком-то участке разделяются на два;
  • систему ТТ, в ней нулевой провод генератора электроэнергии глухо заземлен, а открытые токопроводящие части потребителя электроэнергии заземлены через собственное заземление, которое никак не связано с нулевым проводом генератора электроэнергии.

Первый символ аббревиатуры сообщает, в каком состоянии относительно земляного слоя находится нулевой провод производителя электроэнергии (генератора, трансформатора).

Т – заземленный нулевой проводник.

I - изолированный нулевой проводник.

Второй символ информирует о состоянии токопроводящих частей относительно заземления.

Т - токопроводящие части заземлены, состояние нулевого провода генератора электроэнергии значения не имеет;

N - токопроводящие части присоединены к глухозаземленному нулевому проводнику источника электропитания.

Символ после N показывают, как соотносятся рабочий и защитный нулевые проводники.

S (separated)- разделены рабочий (N) и защитный (PE) нулевые проводники.
С (combined)- объединены в (PEN) проводе N и PE проводники.

Системы с глухозаземлённым нулевым проводом

Система зануления TN C впервые была применена компанией AEG в начале ХХ века. Классическим ее видом является обычная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Он одновременно является функциональным (N) и защитным (PE) «нолем», наглухо заземленным. С ним соединяют все корпуса и доступные токопроводящие части устройств. Самая большая проблема у системы возникает при обрыве нулевого провода, на токоведущих частях корпусов устройств появляется линейное напряжение в 1,73 раза больше фазного. При нормальной работе, попадание фазного провода на корпус приведет к короткому замыканию, но, благодаря специальным устройствам, произойдет мгновенное отключение, что оградит людей от удара током. В странах СНГ схема заземления TN C используется в наружном освещении и в зданиях, построенных до девяностых годов ХХ века.

Система TN-S

Самая надежная и безопасная система заземления TN-S была создана перед Второй мировой войной. Главная ее особенность заключается в раздельном использовании рабочего и защитного нулевого проводников, начиная от генератора электроэнергии. При трехфазном электроснабжении используются пять проводов, однофазном - три. Электробезопасность обеспечивается за счет практического дублирования защитного проводника. Независимо от места обрыва N проводника, система оставалась относительно безопасной. Позже, благодаря этому способу заземления были разработаны дифференциальные автоматы.

ГОСТ Р50571 и новая редакция ПУЭ предписывает при электроснабжении новых объектов, при капитальном ремонте зданий использовать систему зануления TN-S. Но ее распространению мешает высокая стоимость и то, что вся российская энергетика работает по четырехпроводной системе электроснабжения.

Система TN-C-S

Компромиссной стала система заземления TN-C-S, которая использовала преимущества TN-S, но по стоимости стала значительно дешевле. Все дело в том, что с трансформатора подача электроэнергии происходит с применением объединенного нуля «PEN», наглухо заземленного. При входе на объект PEN провод разделяется на защитный и рабочий нуль, но расщепление возможно и раньше ввода в сооружение. При обрыве провода PEN на участке генерирующая станция - здание, на корпусах электроустановок, появится опасное напряжение. Поэтому в системе заземления TN C S нормами предусмотрены особые меры защиты проводника PEN.

Система TT

Самый экономичный способ доставки электроэнергии на селе по воздушным линиям. Использование системы TN-S, как наиболее безопасной, обходится дорого, у систем заземления TN-C и TN-C-S сложно обеспечить надежную защиту нулевого проводника PEN. Поэтому часто используется система TT, с заземленным нулевым проводом у источника электропитания. При трехфазном электроснабжении система работает по четырехпроводной схеме с одним нулевым проводником.

Около приемника электроэнергии делается местное заземление, к которому присоединяют токоведущие части и корпуса устройств. В случае обрыва нулевого провода, а вне города это нередкое явление, на корпусе устройства не возникает опасного напряжения благодаря местному заземлению. В городской черте система заземления TT используется при электроснабжении временных сооружений, при этом обязательно должны быть установлены устройства защитного отключения и проведена грозозащита.

Система IT

Это система, в которой имеется полностью изолированный от земли нулевой провод или соединенный с ней через высокоомное сопротивление, а также наличие у потребителя электроэнергии собственного защитного заземления. Все токопроводящие части оборудования при этом надежно заземляются. Система IT применяется в электроустановках зданий с повышенными требованиями безопасности, например, в больницах для медицинского оборудования, в шахтах, карьерах. Мобильные электростанции тоже используют изолированную нейтраль, что позволяет использовать подключенные к ним электроприборы без заземления. Раньше система IT широко использовалась и в энергоснабжении деревянных домов. В Советском Союзе сети напряжения 127/220 В долгое время использовались с изолированным нулевым проводом, это было связано с отсутствием заземления в домах. С началом панельного строительства от нее отказались.

Сами заземляющие устройства прежде выглядели как набор трехметровых стальных стержней вкопанных в землю на расстоянии нескольких метров, вершины которых соединялись стальной полосой. Получившийся огромный контактный элемент проверялся на сопротивление, если превышал нормированную величину, то вкапывались дополнительные стержни, пока не получали необходимый результат. Недостатком его были большие занимаемые площади и недостаточная стойкость к коррозии. Современные заземляющие устройства лишены этих недостатков. Они строятся на основе омедненных стальных стержней, которые могут соединяться между собой при помощи латунных муфт и забиваться на глубину до 50 м. По верху соединяются медной полосой. За счет такой конструкции могут устанавливаться на любых грунтах, не требуют земляных работ и занимают мало площади.

Вот такими заземляющими устройствами и системами заземления обеспечивается электробезопасность людей.