Электрические сети напряжением до 1000 Вольт, как правило, имеют глухо заземленную нейтраль. Это означает, что нейтраль трансформатора, то есть средняя точка соединенных в звезду вторичных фазных обмоток, соединена с заземляющим устройством, находящимся на трансформаторной подстанции. Рабочий нулевой провод также соединяется со средней точкой обмоток. Электроустановки, имеющие глухозаземленную нейтраль, в которых соединены открытые токопроводящие части с защитным заземляющим проводом, классифицируются ПУЭ как относящиеся к системе TN. Эта система имеет несколько разновидностей, отличающихся способом формирования защитного заземления. В данной статье рассматривается один из вариантов — система заземления TN-C.
На рисунке представлена схема электрических соединений:
Данная система отличается от других, входящих в семейство TN тем, что в качестве защитного заземляющего проводника (PEN) используется рабочий нулевой проводник, причем, по всей его длине. Разделение нулевого проводника на рабочий и защитный заземляющий провода, происходит только в точке присоединения потребителя к электрической сети.
Кстати, расшифровка аббревиатуры TN-C выглядит следующим образом: «T» — (terre - земля) означает заземлено, N (neuter, нейтраль) - присоединено к нейтрали источника (занулено), C (combined, объединённый) - нулевой рабочий и защитный провод объединены в один проводник по всей системе.
Система заземления TN-C, имея свои конструктивные особенности, обладает как достоинствами, так и недостатками. Достоинством системы, правда, не относящимся к вопросам электробезопасности, является:
- Банальная экономия, связанная с тем, что электроснабжение трехфазного потребителя осуществляется по четырем проводникам вместо пяти, так как отдельный защитный заземляющий проводник отсутствует.
- Возможность ее применения без осуществления модернизации построенных ранее кабельных и воздушных линий электропередачи, имеющих четыре проводника.
Недостаток у TN-C один, но он, к сожалению, имеет отношение к безопасности — более высокая вероятность, в сравнении с другими системами заземления, потери заземляющей цепи при повреждении единственного заземленного проводника.
Часто можно услышать о том, что система заземления TN-C – это «тяжелое наследие прошлого» и досталась нам от Советского Союза. С этим утверждением можно согласиться лишь частично. Действительно, четырехпроводные распределительные сети, имеющие глухозаземленную нейтраль, предполагают выполнение защитного заземления именно по такой схеме. Однако, следует отметить следующее: схема электроснабжения, имевшая место в советское время, и которая продолжает существовать по сей день во многих старых постройках, отнюдь не является системой заземления TN-C, и вот почему.
Реализация TN-C предполагает соединение с PEN-проводником «всех открытых (то есть, доступных для прикосновения человеком) частей электроустановок». Это означает, что металлические части корпуса любого электроприбора, включаемого в электрическую сеть нашего жилища, должны быть «занулены».
А что мы имеем в старых домах на сегодняшний день? PEN-проводник, он же рабочий нулевой провод, в лучшем случае, соединяется с корпусом вводного шкафа, на входе питающего кабеля в здание, и на этом защитное зануление заканчивается. Разводка по квартирам осуществляется в два провода, а электрические розетки в квартирах не оборудованы заземляющими контактами. В результате, большая часть населения пользуется бытовыми электроприборами без защитного заземления их корпусов. И это несмотря на то, что в инструкциях по эксплуатации каждого прибора подчеркивается необходимость выполнения этого мероприятия, а все вилки для включения оборудования в сеть снабжены заземляющими контактами. Таким образом, ругать TN-C, в то время, как в большинстве домов вообще отсутствует какое-либо , не совсем правильно.
Реализовать систему заземления TN-C в квартире или частном доме под силу каждому владельцу. Для этого необходимо сделать разделение приходящего с питающим кабелем нулевого провода в шкафу ввода или на этажном щитке. Боле подробно о том, как выполнить , мы рассказывали в отдельной статье. После этого нужно сделать внутри квартиры или дома разводку тремя проводами, подключая третий проводник, который будет играть роль защитного, к заземляющим контактам электрических розеток. Если на кухне установлена электрическая плита, и она запитана отдельным кабелем, предусмотреть дополнительную жилу для соединения корпуса электрической плиты с защитным заземляющим проводником.
Не следует забывать о том, что пробой фазы на корпус в любом электроприборе вызывает короткое замыкание. Поэтому, при выполнении указанной разводки, особое внимание нужно уделить защите проводки. Лучше всего смонтировать внутриквартирный щиток, установив в него надежные, правильно подобранные по номиналу автоматические выключатели. Электроснабжение помещений дома или квартиры лучше разделить на группы, каждую из которых запитав от своего автомата.
Для установки «земли» в жилых и промышленных помещениях используются различные типы проводов и принципы установки защитных конструкций. Системы заземления электроустановок TN (подтипы TN S, TN C S), ТТ и IT могут применяться как для частного дома, так и для квартиры.
Виды
Обозначение всех систем расшифровывается следующим образом:
- Первая буква (t по умолчанию) – указывает на принцип работы источника питания;
- Вторая буква (N, T, I) – определяет принцип заземления и защиты открытых частей различных электрических отводов. Эта маркировка является международно принятой аббревиатурой.
Классификация систем заземления и их описание по заземлению отводов:
- N – принцип зануления посредством подключения к нейтрали;
- T – контур заземлен;
- I – изолированный отвод, т. е., у электрооборудования нет открытых контактов. Это применяется в основном для защиты производственных установок.
Также современными параметрами ГОСТ введено такое понятие, как нулевой заземляющий проводник (используется в системах с напряжением до 1000 в). Он бывает N – просто нулевой, PE – земля, PEN – земля, объединенная с нулем.
Принцип работы каждой указанной системы разный, поэтому ПУЭ не разрешает использовать определенные типы защитного заземления до проверки соответствия требованиям определенных электрических сетей.
Назначение
Рассмотрим описание работы и схемы каждой из использующихся систем заземления.
TN – это система, в которой нейтральный провод глухо заземлен, а все остальные электрические отводы подключены к ней. Особенности этой схемы в том, что для её реализации возле трансформатора устанавливается специальный реактор, который гасит дугу, появляющуюся в проводке.
Фото – TN-C
У этой системы есть две разновидности: TN-С и TN-CS. TN-С характеризуется тем, что для защиты системы электроснабжения используется одни комбинированный отвод, объединяющий нейтраль и землю. Этот проводник чаще всего используется в жилых помещениях, промышленных зонах и т. д. У него свои достоинства и недостатки :
- К плюсам можно отнести простоту и универсальность установки. Устройство такого заземления легко производится своими руками;
- Но существенным недостатком является отсутствие отдельного заземляющего провода. Во многоквартирном доме такая система может быть не просто неэффективна, но и опасна. Кроме того, когда открытые отводы находятся под напряжением, они могут ударить током. Чтобы предупредить это, многие хозяева отдельно обустраивают зануление сети;
- Перед монтажом требуется провести предварительный расчет сечения проводников;
- При использовании этой методики нельзя производить выравнивание потенциалов;
- В основном она используется для заземления дачи, старых квартир или частных домов. Для современных новостроек применяется очень редко, т. к. технология не подходит по своим техническим характеристикам.
Сравнительно с ней, TN-CS более безопасна для бытового использования. Она состоит из двух кабелей: заземления и нуля. Если Вы обустраиваете проводку в новом доме, то рекомендуем обратить внимание именно на такой раздельный вариант, она идеально подойдет для нового жилого фонда.
Фото – TN-S
Протягивается она от самой трансформаторной подстанции, где напрямую заземляется. Из-за этого при установке можно столкнуться с рядом проблем. Помимо этого техническое проектирование и требования ПУЭ требуют для её реализации использования трехжильного либо пятижильного провода.
Чтобы упростить установку земли, придумали систему, объединяющую достоинства и упрощающую недостатки двух предыдущих. Это TN-C-S. Здесь, как и в TNC есть нулевой провод, который способствует повышению сопротивления при утечке, но, как и TNS, она раздельная. За счет этого обеспечивает мгновенную реакцию УЗО при аварийной ситуации.
Фото – TN-C-S
Не требует использования дорогого пятижильного провода и может монтироваться в любых постройках и для различного сечения проводников. При этом нужно отметить, что заземление производится по стоякам в подъезде, поэтому предварительно обязательно нужно взять разрешение у электропоставляющей компании. Также к недостаткам нужно отнести тот факт, что если обрывается заземляющий кабель, то открытые отводы стояков могут быть под высоким напряжением.
Схема системы глухого заземления и молниезащиты TT является глухозаземленной и полностью изолированной. В ней для подключения открытых отводов электроустановок или коммуникаций используются специальные нейтральные переходники. Её принцип действия очень простой, но он нецелесообразен для дома или квартиры. Если объяснить просто, то в землю у здания забивается металлический колышек, который соединяется с отводами. К такому контуру подключается оборудование. Установка такой системы допускается только в небольших нежилых помещениях, скажем, в бане, МАФе и прочих постройках. Также может использоваться для освещения или местного отопления (теплицы, инкубатора). Профессиональный вариант можно увидеть у компании Zandz.
Фото – TT
Главным достоинством такого стержневого метода является его мобильность. При необходимости все содержимое этой модульной конструкции просто переносится на другое место, чего нельзя сделать ни с одной другой «землей». Это очень удобно, если требуется замена, проверка, осмотр или ремонт постоянной стационарной системы.
Фото – стержень
Применение системы IT в основном производится различными лабораториями или медицинскими организациями. Монтаж осуществляется посредством нейтрали, которая изолируется от заземления. При этом иногда используется, где земля подключается за счет крепления нейтрального кабеля к приборам с очень высоким сопротивлением. Её техническое исполнение обеспечивает практически полное отсутствие различных магнитных полей, вихревых токов и других недостатков прочих систем заземления. Подобный комплект (Galmar и прочие) можно купить и использовать и в бытовых целях, но он довольно дорогой. Его стоимость варьируется от 50 долларов до нескольких сотен (цена зависит от протяженности системы).
Фото – IT
Видео: зануление и заземление
Технические параметры
К каждой системе выдвигаются определенные требования, они описываются в соответствующих ГОСТах, поэтому мы отдельно расскажем только про общие особенности:
- Для любого заземления требуется УЗО;
- Нельзя подключать землю к коммуникациям или другим выводам общего пользования;
- Для установки стационарных систем можно использовать заземляющий контур, отдельный колышек (как в стержневой) – запрещено;
- Перед началом электротехнических работ обязательно проконсультируйтесь со специалистом. Более того, возможно понадобится взять разрешение на их проведение.
Важнейшей частью проектирования, монтажа и дальнейшей эксплуатации оборудования и электроустановок является правильно выполненная система заземления. В зависимости от используемых заземляющих конструкций, заземление может быть естественным и искусственным. Естественные заземлители представлены всевозможными металлическими предметами, постоянно находящимися в земле. К ним относится арматура, трубы, сваи и прочие конструкции, способные проводить ток.
Но электрическое сопротивление и другие параметры, присущие этим предметам, невозможно точно проконтролировать, и спрогнозировать. Поэтому с таким заземлением нельзя нормально эксплуатировать любое электрооборудование. Нормативными документами предусматривается только искусственное заземление с использованием специальных заземляющих устройств.
Классификация систем заземления
В зависимости от схем электрических сетей и других условий эксплуатации, применяются системы заземления TN-S, TNC-S, TN-C, TT, IT, обозначаемые в соответствии с международной классификацией. Первый символ указывает на параметры заземления источника питания, а второй буквенный символ соответствует параметрам заземления открытых частей электроустановок.
Буквенные обозначения расшифровываются следующим образом:
- Т (terre - земля) - означает заземление,
- N (neuter - нейтраль) - соединение с нейтралью источника или зануление,
- I (isole) соответствует изоляции.
Нулевые проводники в ГОСТе имеют такие обозначения:
- N - является нулевым рабочим проводом,
- РЕ - нулевым защитным проводником,
- PEN - совмещенным нулевым рабочим и защитным проводом заземления.
Система заземления TN-C
Заземление TN относится к системам с глухозаземленной нейтралью. Одной из его разновидностей является заземляющая система TN-C. В ней объединяются функциональный и защитный нулевые проводники. Классический вариант представлен традиционной четырехпроводной схемой, в которой имеется три фазных и один нулевой провод. В качестве основной шины заземления используется , соединяемая со всеми токопроводящими открытыми деталями и металлическими частями, с помощью дополнительных нулевых проводов.
Главным недостатком системы TN-C является потеря защитных качеств при отгорании или обрыве нулевого проводника. Это приводит к появлению напряжения, опасного для жизни, на всех поверхностях корпусов устройств и оборудования, где отсутствует изоляция. В системе TN-C нет защитного заземляющего проводника РЕ, поэтому у всех подключенных розеток заземление также отсутствует. В связи с этим для всего используемого электрооборудования требуется устройство - подключение деталей корпуса к нулевому проводу.
В случае касания фазного провода открытых частей корпуса, произойдет короткое замыкание и срабатывание автоматического предохранителя. Быстрое аварийное отключение устраняет опасность возгорания или поражения людей электрическим током. Категорически запрещается использовать в ванных комнатах дополнительные контуры, уравнивающие потенциалы, в случае эксплуатации заземляющей системы TN-C.
Несмотря на то что схема tn-c является наиболее простой и экономичной, она не используется в новых зданиях. Эта система сохранилась в домах старого жилого фонта и в уличном освещении, где вероятность поражения электрическим током крайне низкая.
Схема заземления TN-S, TN-C-S
Более оптимальной, но дорогостоящей схемой считается заземляющая система TN-S. Для снижения ее стоимости были разработаны практические меры, позволяющие использовать все преимущества данной схемы.
Суть этого способа заключается в том, что при подаче электроэнергии с подстанции, применяется комбинированный нулевой проводник PEN, соединяемый с глухозаземленной нейтралью. На вводе в здание он разделяется на два проводника: нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий N.
Система tn-c-s обладает одним существенным недостатком. При отгорании или каком-либо другом повреждении проводника PEN на участке от подстанции до здания, на проводе РЕ и деталях корпуса приборов, связанных с ним, возникает опасное напряжение. Поэтому одним из требований нормативных документов по обеспечению безопасного использования системы TN-S, являются специальные мероприятия по защите провода PEN от повреждений.
Схема заземления TT
В некоторых случаях, когда электроэнергия подается по традиционным воздушным линиям, становится довольно проблематично защитить комбинированный заземляющий проводник PEN при использовании схемы TN-C-S. Поэтому в таких ситуациях применяется система заземления по схеме ТТ. Ее суть заключается в глухом заземлении нейтрали источника питания, а также использовании четырех проводов для передачи трехфазного напряжения. Четвертый проводник используется в качестве функционального нуля N.
Подключение модульно-штыревого заземлителя осуществляется чаще всего со стороны потребителей. Далее он соединяется со всеми защитными проводниками заземления РЕ, связанными с деталями корпусов приборов и оборудования.
Схема TT применяется сравнительно недавно и уже хорошо зарекомендовала себя в частных загородных домах. В городах система ТТ применяется на временных объектах, например, торговых точках. Подобный способ заземления требует использования защитных устройств в виде УЗО и выполнения технических мероприятий по защите от грозы.
Система заземления IT
Рассмотренные ранее системы с глухозаземленной нейтралью хотя и считаются достаточно надежными, однако обладают существенными недостатками. Значительно безопаснее и совершеннее являются схемы с нейтралью, полностью изолированной от земли. В некоторых случаях для ее заземления применяются приборы и устройства, обладающие значительным сопротивлением.
Подобные схемы используются в системе заземления IT. Они наилучшим образом подходят для медицинских учреждений, сохраняя бесперебойное питание оборудования жизнеобеспечения. Схемы IT хорошо зарекомендовали себя на энергетических и нефтеперерабатывающих предприятиях, других объектах, где имеются сложные высокочувствительные приборы.
Основной деталью системы IT является изолированная нейтраль источника I, а также Т, установленный на стороне потребителя. Подача напряжения от источника к потребителю производится с использованием минимального количества проводов. Кроме того, выполняется подключение к заземлителю всех токопроводящих деталей, имеющихся на корпусах оборудования, установленного у потребителя. В системе IT нет нулевого функционального проводника N на участке от источника до потребителя.
Таким образом, все системы заземления TN-C, TN-S, TNC-S, TT, IT обеспечивают надежное и безопасное функционирование приборов и электрооборудования, подключаемых к потребителям. Использование этих схем исключает поражение электротоком людей, пользующихся оборудованием. Каждая система применяется в конкретных условиях, что обязательно учитывается в процессе проектирования и последующего монтажа. За счет этого обеспечивается гарантированная безопасность, сохранение здоровья и жизни людей.
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.
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.
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.
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.
