Системы заземления; классификация и типы, выбор оптимального варианта защиты

Системы заземления — классификация и типы, выбор оптимального варианта защиты

Заземление – один из наиболее важных технологических методов защиты от поражения электротоком при работе с электрическими приборами. Для правильной модернизации или ремонта проводки нужно точно представлять, какая система заземления используется на объекте. От этого зависит безопасность человека и нормальная работа оборудования. Также информация важна при создании проекта реконструкции. Соответственно, нужно изучить все имеющиеся системы заземления, отличия друг от друга, а также технологии их монтажа.

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.

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.

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.

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.

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».

Система заземления TN-C

Система заземления TN-C

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

Система заземления 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

Система заземления 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.

Система заземления TT

Система заземления TT

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.

Что такое нейтраль

В электротехнике нейтралью называют контакт, к которому подсоединены обмотки вырабатывающих генераторов или понижающих (повышающих) трансформаторов, используемых для питания сети.

• Нейтраль обмоток трансформатора соединенную, с заземляющим устройством установки, называется глухозаземленной.
• Нейтраль не соединенную, с заземлением, называют изолированной.
• Есть нейтрали соединенные с землёй через сопротивления.

Заземляющее устройство (ТТ)

Данная схема заземляющего устройства применяется для потребителей электроэнергии через воздушную линию. Когда нет возможности обеспечить надежность комбинированного «нуля», применяется схема TT, когда нейтраль источника «глухо» заземлена, передача энергии проводится в четыре провода с функциональным «нулем» и тремя фазами. На объекте электропотребления по этой системе предусматривается местное устройство заземления по действующим правилам, а все токоведущие элементы и корпуса оборудования через проводники подключаются к местной схеме заземления.

Широкое применение этого способа реализации заземляющего устройства получило коттеджное строительство, в загородных домах его применяют для обеспечения электробезопасности. В городах этой схемой пользуются для снабжения временных точек электроэнергией (открытая концертная площадка, торговые лотки). Обязательно при использовании этого заземляющего устройства применение оборудования защитного отключения, наличие громоотвода и грозовой защиты.

Заземляющая схема IT

Система используется исключительно на горных выработках, например, шахтах или карьерах. Особенности использования электрического оборудования на подобных предприятиях таковы, что обеспечить качественный защитный контур там попросту невозможно.

Заземляется только нейтраль трансформатора с помощью контрольно-измерительных приборов, которые выполняют функции защиты от утечки электроэнергии. Если приборы улавливают избыточное энергопотребление, происходит аварийное отключение приборов.

Основное назначение заземления – сделать использование электрических приборов безопасным, а также продлить их эксплуатационный срок. Не стоит пренебрегать проектированием и сооружением заземления, это неоправданный риск.

Плановые назначения систем заземления

Для максимального понимания предназначения различных систем, необходим детальный разбор каждой из них, включая подсистемы. Наиболее важные моменты — это принцип работы и соответственно базовая направленность.

Система TN

В данной системе осуществляется глухое заземление нейтрали источника питания, и присоединение к ней наружных проводящих частей электропроводки при помощи нулевого защитного проводника. Под термином «глухозаземленная нейтраль» подразумевается подключение проводника N напрямую к контуру заземления (монтируемому около трансформаторной подстанции), а не дугогасящему реактору.

Подсистема TN-C

В TN-C происходит объединение нулевых рабочего и защитного проводников в единый, на протяжении всей системы. Приставка «C» взята со слова «combined», что означает «объединённый». К достоинствам системы можно отнести ее простоту и экономичность. По этой причине она весьма распространена.

Ключевой недостаток TN-C заключается в том, что отсутствует отдельный проводник защитного заземления (РЕ). На практике это равняется неимению заземления в розетках жилого дома. Зачастую в таких системах делается зануление. Данная мера является крайней и рассчитана на принцип короткого замыкания. В случае попадания проводника фазы на корпус прибора, вслед за коротким замыканием произойдет срабатывание автоматического выключателя. С использованием TN-C уравнивать потенциалы в ванной комнате нельзя. Данная подсистема активно применялась в старых жилых постройках. Для современного жилья она не рекомендуема.

Подсистема TN-S

В TN-S нулевые проводники функционируют отдельно на протяжении всей системы. Приставка «S» взята со слова «separated», что означает «раздельный».

Данная заземлительная подсистема является самой передовой и безопасной. При возведении новых построек рекомендуемо именно ее использование. Она обеспечивает добротную защиту людей, оборудования и сооружений.

Однако, несмотря на вышеперечисленные преимущества, TN-S нынче не особо распространена. Это связано с тем, что для ее создания необходимо использовать пятижильный кабель (трехфазная сеть) или трехжильный провод (однофазная сеть). Итогом является повышение стоимости проекта.

Подсистема TN-C-S

В данном случае, нулевые проводники объединяются в единый, на каком-то из отрезков системы. На промежутке от источника электропитания до ввода системы в строение, может быть осуществлено расщепление на N и РЕ проводники. В таком случае будет необходимо повторное заземление.

К достоинствам подсистемы можно отнести ее легкое выполнение с технической точки зрения. При переходе с TN-C требуется довольно несложная модернизация. TN-C-S рекомендуется к широкому использованию.

Недостаток TN-C кроется в необходимости модификации подъездных стояков. Еще один неприятный момент: обрыв PEN проводника чреват возникновением опасного потенциала для электроприборов.

Система ТТ

В системе ТТ происходит глухое заземление нейтрали источника. Что касается наружных проводящих частей, то они подключены к иному заземлителю, который, в электрическом плане независим от первого.

До сравнительно недавних пор данная заземлительная система находилась под запретом. На сегодняшний день она разрешена и вполне востребована. Зачастую ТТ применяется для подвижных зданий, к примеру, вагончиков, ларьков, павильонов и т.д. Ее использование допустимо лишь в ситуациях, когда в системе TN нельзя достичь обеспечения необходимых условий электробезопасности.

Для такой системы в обязательном порядке требуется высококачественное повторное заземление, характеризующееся внушительными показателями сопротивления. Заземление модульно-штыревого типа является наиболее действенным и практичным решением в подобных условиях. Также для всех вышеперечисленных систем крайне рекомендовано использование устройства защитного отключения. Наличие УЗО благоприятно отражается на безопасности.

Система IT

Данной системе присуща изоляция нейтрали от земли или же заземление посредством приборов/устройств, обладающих наибольшим сопротивлением. Наружные проводящие элементы установки при этом заземляются.

Всевозможные научные/медицинские учреждения и лаборатории заземляются посредством IT системы. Это аргументировано тем, что в подобных заведениях присутствует высокочувствительная аппаратура, нередко проводятся опыты и эксперименты. Посему требуется сведение к минимуму всех токов и фундаментальных физических полей.