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 .
Всем известны системы энергоснабжения с напряжением до 1000 вольт, на уровне конечного потребителя. Они бывают всего двух видов:
- трехфазная (три фазы и рабочий нуль), где напряжение между фазами составляет 380 вольт, а между каждой фазой и нулем - 220 вольт.
- однофазная (одна из трех фаз с общего ввода на объект, и рабочий нуль), напряжение между каждой фазой и нулем составляет 220 вольт.
А вот с системами безопасности, ситуация гораздо сложнее. Для организации искусственного заземления, ГОСТ предусматривает 5 систем: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) определяют условия, на основании которых проектировщики выбирают систему заземления объекта. Она отражается в проектной документации, и не может быть изменена после сдачи объекта в эксплуатацию.
В большинстве случаев, применяется система заземления TN, которая предусматривает обязательное заземление нейтрали источника питания. При этом открытые токоведущие части конечных электроустановок, могут быть соединены с нейтралью источника питания различными способами.
Каждая из предложенных систем искусственного заземления имеет свои преимущества и недостатки. При этом, любая из них направлена на решение вопросов безопасной эксплуатации электроустановок, и нахождения людей на объекте.
Условные обозначения
Для лучшего понимания материала, разберем принятые условные обозначения:
- L1, L2, L3 - проводник, на который подключена фаза источника питания. В однофазных системах, обозначается буквой L.
- N - рабочий нуль источника питания (нулевой проводник).
- PE - защитный нуль: он же заземляющий проводник, соединенный с заземлителем.
- PEN - проводник, совмещающий в себе рабочий и защитный нули.
TN-S
Самая безопасная система, это TN-S.
Силовой кабель для соединения потребителя электроэнергии с источником питания, выполнен по пятижильной схеме: три фазы (L1, L2, L3), рабочий нуль (N) и рабочее заземление (PE). Объединение нуля и «земли» происходит на ближайшей подстанции. При аварийной ситуации, если рабочий нуль отгорит, корпуса электроустановок все равно остаются присоединенными к заземлению. Защита от поражения электротоком обеспечивается независимо от состояния нулевого провода. Соответственно, внутренняя разводка к потребителям выполняется трехжильным проводом (для однофазного подключения), либо тем же пятижильным (при наличии трехфазных электроустановок: например, электропечей или отопительных систем).
На вводных щитках в каждом помещении, монтируются по две раздельные клеммные колодки: рабочий нуль и защитная земля.
Причем после «земляной» колодки нельзя устанавливать коммутационные устройства: выключатели, защитные автоматы. По всей длине, заземляющий проводник от заземлителя до электроустановки, не должен иметь размыкающих устройств.
Вы спросите: «а как же розетка?» При извлечении из нее вилки, линия заземления действительно размыкается. Но при этом электроустановка полностью обесточивается, и перестает быть опасной.
TN-C
Системой заземления TN-S сегодня оборудуются все современные жилые и нежилые объекты. К сожалению, такая схема применяется только на объектах, введенных в строй не раньше, чем 15–20 лет назад. Подавляющее большинство жилого фонда, построенного во времена СССР, оборудованы системой TN-C. Это не значит, что все эти объекты построены с нарушениями СНиП. Просто в те времена, стандарты (включая ПУЭ) были иными.
В идеале, необходимо переоснастить все существующие сети до стандарта TN-S. Но это потребует огромных капиталовложений. К тому-же, прокладка дополнительных линий «земли» от питающих подстанций не всегда возможна технически. А значит, в некоторых местах придется менять всю сеть силовых кабелей.
Заземление TN-C не обеспечивает полной безопасности по следующей причине:
«Земля» и рабочий нуль представляют собой одну линию, которая расположена в силовом кабеле от источника питания, до потребителя. Заземлитель (контур заземления, физически соединенный с грунтом), расположен в непосредственной близости от питающей подстанции. Такой способ организации заземления называется глухозаземленной нейтралью. Силовой кабель состоит из четырех жил: три фазы (L1, L2, L3), и рабочий нуль, совмещенный с рабочим заземлением (PEN).
Поскольку рабочий нуль находится под нагрузкой (через него протекает активный электрический ток), он находится в так называемой зоне риска. Нередки случаи, когда от перегрева этот проводник просто отгорал. Что происходит при этом с конечными потребителями, оставим за скобками - напряжение может скакнуть до 600 вольт. Главная опасность в том, что все электроустановки в этом случае теряют защитное заземление. Прикоснувшись к корпусу, на котором может оказаться потенциал фазы, человек гарантированно будет поражен электротоком. Особую опасность при такой аварии, представляет одновременное прикосновение к электроустановке, находящейся под напряжением, и металлическим конструкциям, имеющим физический контакт с грунтом: системы отопления, водопровода, арматура в стенах. Даже влажный цементный пол, соединенный с арматурой в стяжке, может стать причиной трагедии.
В многоквартирных домах, и других объектах, оборудованных системой TN-C, вообще отсутствует защитное заземление в привычном понимании. Все знают, как выглядят розетки советского образца: в них нет контактов заземления. Даже если владельцы производят замену на трех контактные современные розетки, клемма защитного заземления остается невостребованной: ее просто не к чему подключить.
По этой причине, на объектах, оснащенных заземлением TN-C, в помещениях с повышенной влажностью (санузлы, бани, прачечные), запрещено использовать незаземленные электроприборы. Если вы устанавливаете бойлер, или стиральную машину - подводить к ней заземление (или организовывать систему дополнительного уравнивания потенциалов) на основе рабочей нейтрали, запрещено!
Необходимо организовать заземлитель (полноценный контур, имеющий физический контакт с грунтом). Причем параметры такого заземлителя должны соответствовать требованиям Правил устройства электроустановок.
Металлический уголок длиной 50 см, забитый в палисадник у подъезда, заземлителем не является!
Затем в квартиру заводится заземляющий проводник (сечением не менее 2.5 мм², и не имеющий разъединителей на всей протяженности), который соединяется непосредственно с электроустановкой. Разумеется, необходимо установить щиток или клеммную колодку заземления, завести на нее розетки и корпуса опасных электроприборов.
TN-C-S
Для минимизации проблем со схемой TN-C, введена система заземления TN C S. Это некий компромисс, переходный вариант от старой C к современной S.
Как она устроена, и в чем отличие от TN-S?
В произвольном месте, глухозаземленная нейтраль объединяется с защитным заземлением. Точнее, от рабочего нуля выполняется ответвление. Как правило, такая точка организуется на входе силового кабеля в объект.
На вводном щитке потребителя (обычно, это общий ввод на объекте: многоквартирный дом, офисное здание и прочее) имеются уже две шины: рабочий нуль, и защитное заземление. Далее к потребителям идут привычные и безопасные силовые кабели: трехжильный к однофазным электроустановкам, и пятижильный к трехфазным.
В каждый вводной щиток квартиры, или обособленного помещения внутри объекта, линии защитного заземления и нуля заходят уже в разделенном виде. Для конечного потребителя, система заземления по схеме TN-C-S выглядит, как обычная и безопасная TN-S. На самом деле, уровень безопасности далеко не 100%.
Почему система TN-C-S не обеспечивает полную защиту от поражения электротоком? Слабое место находится на участке от питающей подстанции до точки объединения нуля и защитного заземления. Если на пути от подстанции, где глухозаземленная нейтраль соединена с заземлителем, до вводного распределительного устройства на объекте, произойдет разрыв линии PEN, все потребители останутся без контура заземления.
При проведении капитального ремонта на объектах жилого фонда советской постройки, обязательно организуется система заземления. Для экономии средств, выполняется она по схеме TN-C-S. В лучшем случае, при объединении линии PEN с вновь проложенной шиной защитного заземления, производится электрическое подключение к реальному контуру заземления. В большинстве домов присутствует основная система уравнивания потенциалов, имеющая надежный контакт с грунтом. Но зачастую, чтобы упростить себе задачу, бригады ремонтников просто устанавливают перемычку между новой шиной заземления и рабочей нейтралью, внутри вводного распределительного устройства.
Совет. При заключении договора с исполнителем работ по капитальному ремонту, необходимо заранее оговаривать вопрос заземления.
Как быть, если ваш дом подключен по системе TN-C, а до ближайшего капремонта еще много лет? Организовывать индивидуальное заземление в квартире, или объединяться хотя бы с соседями по подъезду. Иначе использование современных электроприборов (бойлеры, электрические духовки, стиральные машинки и пр.) станет источником повышенной опасности.
Есть горе мастера, немного разбирающиеся в электротехнике, но не понимающие ответственности за нарушение ПУЭ. Зачастую, вместо организации контура заземления по ГОСТу, шина защитного заземления соединяется с металлическими элементами инфраструктуры. В лучшем случае, со стояками холодной или горячей воды, в худшем - с системой отопления.
Действительно, при строительстве дома, эти трубы соединялись с контуром основной системы уравнивания потенциалов. Изначально был организован физический контакт с «землей». Но в процессе эксплуатации (особенно если вашему дому несколько десятков лет), целые участки трубопроводов заменены на полипропилен. Разумеется, ни о каком заземлении в этом случае не может быть и речи.
Организовав такое подключение, владелец квартиры пребывает в ложной уверенности, что у него с безопасностью полный порядок. Мало того, при появлении на корпусе электроустановки опасного потенциала (достаточно напряжения более 42 вольт), опасности подвергаются все соседи.
Вывод
Единственный безопасный способ - установить недалеко от подъезда контур заземления (согласно ПУЭ), и завести на объект надежный проводник.
После чего, можно развести полноценное заземление по квартирам. Разумеется, лучше поручить эту работу квалифицированным специалистам.
Видео по теме
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 является одним из основных факторов обеспечивающих защиту от поражения электрическим током. В соответствии с главой 1.7 ПУЭ все системы заземления электроустановок можно разделить на две группы:
- системы с глухозаземленной нейтралью к ним относятся система заземления TN (которая в свою очередь делится на системы TN-C, TN-C-S, TN-S) и система заземления TT
- системы с изолированной нейтралью к ним относится система заземления IT
Первая буква аббревиатуры указывает на характер заземления источника питания, а вторая — на характер заземления открытых проводящих частей электроприемника:
- T (от франц. terre - земля) - заземлено;
- N (от франц. neutre - нейтраль) - соединение с нейтралью источника питания (зануление);
- I (от франц. isolé - изолированный) - изолировано от заземления.
Так же в статье встречаются следующие аббревиатуры:
- N - функциональный (рабочий) ноль — нулевой проводник используемый для подключения электроприемника.
- PE - защитный ноль — защитный проводник предназначенный для заземления корпусов электрооборудования.
- PEN - проводник совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.
Теперь подробно разберем перечисленные типы систем заземления.
2. Система заземления TN
Система TN — это система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания посредством нулевых защитных проводников (п.1.7.3. ПУЭ).
Как уже было написано выше система TN подразделяется на следующие системы (подсистемы): TN-C, TN-C-S, TN-S.
2.1 Система заземления TN-C
Система TN-C — это система TN , в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении. То есть при данной системе применяется общий PEN проводник который используется как для подключения электроприемников так и для зануления их открытых проводящих частей (корпусов).
Система заземления TN-C схема:
Как видно на схеме при данной системе выполняется зануление токопроводящих корпусов электрооборудования, это необходимо для того, что бы при замыкании фазного провода на корпус электроприемника, вследствие его обрыва или повреждения изоляции, произошло короткое замыкание которое, в свою очередь, привело бы к срабатыванию защитной аппаратуры () и отключению напряжения.
Главным недостатком системы TN-C является утеря ее защитных функций в случае отгорания (обрыва) PEN проводника, при этом на зануленном корпусе электрооборудования может возникнуть опасный для жизни электрический потенциал.
Из-за недостаточной степени защиты в настоящее время данная система не применяется, однако она все еще встречается в зданиях старой постройки. При реконструкции старых зданий система заземления TN-C заменяется на систему TN-C-S или TN-S.
2.2 Система заземления TN-C-S
Система TN- C- S — это система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания. Другими словами при данной системе имеется PEN проводник который, в определенной части этой системы, разделяется на нулевой рабочий (N проводник) и нулевой защитный (PE проводник).
Система заземления TN-C-S схема:
Данная система более надежна и обеспечивает более высоки уровень электробезопасности чем система TN-C, кроме того система TN-C-S обеспечивает защиту от , а ее устройство обходится немногим дороже системы системы TN-C.
Однако эта система так же имеет существенный недостаток — при повреждении PEN проводника на участке сети между источником питания и зданием на всех корпусах электрооборудования соединенных с PE проводником появится опасный для жизни электрический потенциал.
Для предотвращения такого развития событий при системе TN-C-S выполняется повторное заземление PEN проводника, как показано на схеме.
Благодаря невысокой стоимости устройства системы TN-C-S и ее хорошими защитными характеристиками в настоящее время эта система получила наиболее широкое применение.
Подробную инструкцию по устройству заземления в частном доме по системе TN-C-S вы можете посмотреть .
2.3 Система заземления TN-S
Система TN- S — это система TN , в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении.
Система заземления TN-S схема:
Данная система обеспечивает высокий уровень безопасности, т.к. при ней исключена возможность возникновения опасного электрического потенциала на корпусах электрооборудования при повреждении питающей линии.
Однако система TN-S не получила широкого распространения ввиду своего главного недостатка — высокой стоимости, которая обусловлена необходимостью выполнения подключения электроустановок потребителей к источнику питания пятью проводами при трехфазном подключении либо тремя проводами при однофазном подключении, при этом отечественная энергетика ориентирована на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения, это значит, что при решении выполнить подключение по системе TN-S присоединение к существующим сетям электроснабжения будет невозможно, для такого подключения необходимо будет вести отдельную пятипроводную линию от источника питания (трансформаторной подстанции).
3. Система заземления TT
Система ТТ — это система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.
Система заземления TT схема:
В соответствии с пунктом 1.7.59. ПУЭ питание электроустановок по системе ТТ , допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены . Кроме того в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие:
R а I а ≤ 50 В,
где I а — ток срабатывания защитного устройства; R a — суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, при применении УЗО для защиты нескольких электроприемников — заземляющего проводника наиболее удаленного электроприемника.
Рассмотрим какие существуют системы заземления. И схемы
Рис. 1. Система заземления TN-C переменного тока. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике:
1 – заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания; 2 – открытые проводящие части
В системах заземления для электроустановок напряжением до 1 кВ приняты следующие обозначения:
- система заземления – TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
- система заземления TN-С – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении (рис. 1);
- система заземления TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении (рис. 2);
- система заземления 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 (рис. 3);
- система заземления 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 (рис. 4);
- система заземления 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 (рис. 5).
Рис. 2.
Система заземления TN-S
переменного
тока. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены:
1 –
2
– открытые проводящие части
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 (PEN -проводник);
Условные обозначения на схемах:
N –
– нулевой рабочий (нейтральный) проводник;
РЕ – –
защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);
PEN – – совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
Рис. 3. Система TN-C-S переменного тока. Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике в части системы:
1 – заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 – открытые проводящие части
Рис. 4.
Система IT
переменного
тока. Открытые проводящие части электроустановки заземлены. Нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление:
1 – сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется); 2 – заземлитель; 3 – открытые проводящие части; 4 – заземляющее устройство электроустановки;
Рис. 5 Система ТТ переменного тока. Открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземления, электрически независимого от заземлителя нейтрали:
1 – заземлитель нейтрали источника переменного тока; 2 – открытые проводящие части; 3 – заземлитель открытых проводящих частей электроустановки;
Система заземления TN-C Имеет огромный недостаток об этом мы уже писали раньше: . Здесь используется один нулевой проводник и как рабочий, и для защиты. В нормальных условиях проблем не возникает, а вот в аварийных ситуациях, когда отгарает ноль (Ведь он находится под нагрузкой). Вместо защиты можно оказаться под напряжением.
Для систем заземления IT и ТТ для электроустановок требуется отдельное заземление что не всегда удобно, например, в этажных щитах.
Поэтому наиболее предпочтительна система заземления TN-S .
Так же следует заметить что иногда в одной электрической сети (схеме) эти системы заземления комбинируют.
Здесь рассмотрены схемы систем заземления переменного тока. Если интересны системы заземления постоянного тока пишите в комментариях.
Смотрите про системы заземления в ПУЭ
