Способы заземления: нюансы использования, выбор системы

Для чего нужно заземление

Важность заземления, пожалуй, понятна даже ничего не смыслящему в электричестве человеку: ни один объект не примут в эксплуатацию без соблюдения всех норм безопасности.

В этой статье не будем рассматривать как физически производится заземление многоэтажного или частого дома, дачи. Это будет тема отдельной статьи. Рассмотрим уже «плоды» произведенного заземления.

Система заземления определяет, как произведено заземление нейтрали, какой способ заземления конечного потребителя, как используются нулевой и заземляющий провод: раздельно или совмещены в один.

Рассмотрим, в чем отличаются друг от друга основные системы заземления, какие особенности той или иной системы, ну и, конечно же, расшифруем буквенные их обозначения.

Примечание

С электростанции по линиям электропередач к ближайшей к нам трансформаторной подстанции идут три провода — три фазы . Земля, по которой мы ходим, тоже участвует в передаче энергии в качестве четвертого провода. Напряжение на проводах ЛЭП, а затем и силовых кабелях, входящих в ваш дом, существует не само по себе, а измеряется относительно земли .
 

а — принцип подачи электроэнергии; б — путь от электростанции до ВРУ

Конечные потребители электроэнергии в городах и селах запитываются от трансформаторных подстанций через ВРУ (вводно-распределительное устройство). Расположенный в подстанции трансформатор понижает напряжение до 380/220 В для подачи конечным потребителям.

На подстанции специально создают земляной провод, который, грубо говоря, соединен с землей. Его и называют «землей», хотя правильно — «нейтраль». Для этого подстанция имеет контур защитного заземления, на который непосредственно подключена глухозаземленная (заземленная напрямую, а не через какие-то устройства) нейтраль трансформатора.

Примечание

Напряжения на «нейтральном проводе» нет, служит он только для того, чтобы фазный провод имел пару. В нашем случае эта нейтраль называется глухозаземленной , она непосредственно подключена к заземляющему контуру. Как альтернатива, существует понятие изолированная нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.
Второй провод так и называется — «фаза». Это та же самая фаза, что вышла с электростанции, только прошедшая через множество переключений и трансформаций.

Базовые системы заземления

Система заземления TN-C

В нашей стране все линии электропередачи от трансформаторной подстанции до ВРУ (вводно-распределительного устройства) зданий  — четырехпроводные (три фазных провода L1, L2, L3 и совмещенный нулевой проводник PEN). Эта схема от подстанции до ВРУ условно называется TN-C (расшифрую далее).

В старых сетях PEN проводник так и шел до потребителя в таком объединенном виде PEN. Поэтому к потребителю шло 2 проводника при однофазном включении (L, PEN) и 4 проводника — при трехфазном включении (LI, L2, L3, PEN).

Эта схема условно тоже называется TN-C, где:

Т — заземленная нейтраль, непосредственная связь нейтрали источника электропитания с землей (лат. terra);

N — источник электропитания заземлен, а заземление потребителей производится только через PEN-проводник (ит. Neutre — нейтраль);

С — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник), (англ. Combined).

Достоинства подсистемы TN-C. Это наиболее распространенная подсистема, экономичная и простая

Недостатки подсистемы TN-C очень существенные. У такой системы нет отдельного проводника РЕ (защитное заземление). Это означает, что в жилом доме в розетках отсутствует заземление. Не редко при такой системе делается зануление. Зануление это крайняя мера, рассчитанная на эффект короткого замыкания. Если проводник фазы окажется на корпусе прибора, произойдет короткое замыкание (КЗ), в итоге, сработает автоматический выключатель на отключение.

При такой системе TN-C недопустимо уравнивание потенциалов в ванной комнате.

Вывод

Система заземления TN-C используется в старом жилом фонде и не может быть рекомендована для новых домов.
Система заземления TN-S

В современных сетях совмещенный нулевой проводник PEN расщепляется при вводе в здание (в ВРУ) на два проводника:

• нулевой рабочий проводник N;
• нулевой защитный проводник РЕ.

В итоге к потребителю с вводного устройства идет 3 проводника при однофазном включении (L, N, РЕ) и 5 проводников (L1, L2, L3, N, РЕ) — при трехфазном включении.

а — схемы расщепления; б — наглядное представление

Эта схема, начиная с ВРУ и до конечного потребителя, условно называется TN-S, где:

Т — заземленная нейтраль, непосредственная связь нейтрали источника электропитания с землей (лат. terra);

N — источник электропитания заземлен, а заземление потребителей производится только через PEN-проводник (ит. Neutre — нейтраль).

S — нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены (англ. Separated).

Схема системы защитного заземления TN-S

Достоинства подсистемы TN-S. Это наиболее современная и безопасная система заземления. Рекомендуется при строительстве новых зданий. Способствует хорошей защите человека, оборудования, а также защиты зданий.

Недостатком подсистемы TN-S является лишь ее высокая стоимость. Поэтому она менее распространена. Эта подсистема требует прокладки от трансформаторной подстанции пятижильного в трехфазной сети или трехжильного кабеля однофазной сети, что ведет к удорожанию проекта.

Система заземления TN-C-S

В итоге была изобретена комбинированная система из двух рассмотренных ранее систем. Она получила название TN-C-S — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в одном проводнике, начиная от источника питания до ввода в здание (образуя TN-C). При вводе в здание производят расщепление «нефазного» проводника PEN на проводник N и проводник РЕ. Следует помнить, что после расщепления такая система требует повторного заземления при вводе в здание!

Достоинства подсистемы TN-C-S. Подсистема TN-C-S рекомендована для широкого применения. Технически достаточно легко выполнима. При переходе с подсистемы TN-C требует не сложной модернизации.

Недостатки подсистемы TN-C-S. Нуждается в модернизации стояков, в подъездах. При обрыве PEN проводника электроприборы могут оказаться под опасным потенциалом.

Таким образом, вся схема от ТП до потребителя, объединяющая две системы, называется TN-C-S.

Система с заземленной нейтралью ТТ

А вот используемые редко системы ТТ «Заземленная нейтраль» и IT «Изолированная нейтраль» рассмотрим кратко.

Система ТТ — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

Расшифровка такая:

Т — заземленная нейтраль, непосредственная связь нейтрали источника электропитания с землей (лат. terra);

Т — открытые проводящие части заземлены, т. е. существует раздельное (местное) заземление источника электропитания и электрооборудования.

В этой системе

• трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землей;
• все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землей через заземлитель, электрически не зависимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

Достоинством такой системы является высокая устойчивость к разрушению N по пути от трансформаторной подстанции к потребителю. Это разрушение никак не влияет на РЕ.

Есть и недостатки. Так требуется более сложная молниезащита, ведь возможно появления пика между N и РЕ. Еще в этой системе нереально для обычного автоматического выключателя отследить КЗ фазы на корпус прибора (и далее на РЕ). Это происходит из-за большого сопротивления местного заземления, имеющего величину 30–40 Ом.

Примечание

ПУЭ рекомендуют систему ТТ только как «дополнительную» систему (при условии, что подводящая линия не удовлетворяет требования TN-C-S по повторному заземлению и механической защите PEN), а также в установках на открытом воздухе, где есть риск одновременного соприкосновения с установкой и с физической землей (или же физически заземленными металлическими элементами).
Следует помнить, что система ТТ требует обязательного применения УЗО. Обычно устанавливают вводное УЗО уставкой 300–100 мА, которое отслеживает КЗ между фазой и РЕ, а за ним — персональные УЗО для конкретных цепей на 30–10 мА для защиты людей от поражения током.

Примечание

Система ТТ очень популярна в сельской местности нашей страны в связи с низким качеством большинства сельских воздушных линий.
Система с изолированной нейтралью IT

Система IT — система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.

Расшифровка такая:

I — изолированная нейтраль (англ. isolation);

Т — открытые проводящие части заземлены, т. е. существует раздельное (местное) заземление источника электропитания и электрооборудования.

Ток утечки на корпус или на землю в такой системе будет низким и не повлияет на условия работы присоединенного оборудования.

Система с изолированной нейтралью IT применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения, которым предъявляются повышенные требования надежности и безопасности, например, в больницах для аварийного электроснабжения и освещения.

Взгляд на системы заземления изнутри

Расшифровка условных обозначений систем заземления

Международная классификация систем заземлений обозначается заглавными буквами. Первая буква указывает на характер заземления источника питания, а вторая — на характер заземления открытых частей электроустановки.

Первая буква — состояние нейтрали источника питания относительно земли:

Т — заземленная нейтраль, непосредственная связь нейтрали источника электропитания с землей (лат. terra);

I — изолированная нейтраль (англ. isolation).

Вторая буква — состояние открытых проводящих частей относительно земли:

Т — открытые проводящие части заземлены, т. е. существует раздельное (местное) заземление источника электропитания и электрооборудования;

N — источник электропитания заземлен, а заземление потребителей производится только через PEN-проводник (ит. Neutre — нейтраль).

Последующие (после N) буквы — совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

С — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник), (англ. Combined);

S — нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены (англ. Separated).

Нефазные проводники называются так:

N — нулевой рабочий (нейтральный) проводник (англ. neutral);

РЕ — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов, от англ. Protective Earth);

PEN — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники (англ. Protective Earth and Neutral).

PEN и его элементы — стандарты Международной Электротехнической Комиссии (МЭК).

Требования к сечению проводников PEN и РЕ

Сечение PEN проводников должно быть не менее сечения N проводников и не менее 10 мм2 по меди и 16 мм2 по алюминию независимо от сечения фазных проводников.

Сечение РЕ проводников должно равняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм2, 16 мм2 при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм2 и 50 % сечения фазных проводников при больших сечениях.

Сечение РЕ проводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм2 — при наличии механической защиты и 4 мм2 — при ее отсутствии.

Меры безопасности при осуществлении защитного заземления

Внимание

Не допускается нулевой рабочий N и нулевой защитный РЕ проводники подключать под один контактный зажим, в целях сохранения соединения защитного проводника с заземлением в случае выгорания (разрушения) контактов зажима.
Запрещается объединять нулевой защитный и нулевой рабочий проводники после разделения PEN-проводника на вводе в здание.
Запрещается устанавливать коммутирующие контактные и бесконтактные элементы в цепях РЕ и PEN проводников. Допускаются только специально предназначенные для этих целей соединители и соединения, которые могут разбираться при помощи инструмента.

По международным стандартам фаза и «нейтраль» считаются силовыми проводами, поэтому необходимо соблюдать следующие требования:

• во-первых, в конструкции прибора необходимо обеспечить изоляцию всех проводов от корпуса;
• во-вторых, в схеме прибора «нейтраль» и фаза считаются фазными, поэтому нельзя использовать нулевой N-провод в качестве защитного РЕ-проводника. Это обусловлено тем, что даже в исправной системе на нейтрали может появляться «напряжение смещения нейтрали». В отдельных случаях его величина может достигать 50 В, и из защитного он превращается в смертельно опасный!

Практическая реализация систем заземления

Для чего системы заземления снабжаются устройствами защитного отключения (УЗО)

Наиболее перспективной для нашей страны является система TN-C-S, позволяющая в комплексе с широким внедрением УЗО обеспечить высокий уровень электробезопасности в электроустановках без их коренной реконструкции.

Внимание

В электроустановках с системами заземления TN-S и TN-C-S электробезопасность потребителя обеспечивается не собственно системами, а устройствами защитного отключения (УЗО), действующими более эффективно в комплексе с этими системами заземления и системой уравнивания потенциалов.
Собственно сами системы заземления (без УЗО) не обеспечивают необходимой безопасности. Например, при пробое изоляции на корпус электроприбора или какого-либо аппарата, при отсутствии УЗО отключение этого потребителя от сети осуществляется устройствами защиты от сверхтоков — автоматическими выключателями или плавкими вставками.

Быстродействие устройств защиты от сверхтоков, во-первых, уступает быстродействию УЗО, а, во-вторых, зависит от многих факторов — кратности тока короткого замыкания, которая, в свою очередь, зависит от сопротивления проводников, переходного сопротивления в месте повреждения изоляции, длины линий, точности калибровки автоматических выключателей и др.

Наличие на объекте металлических корпусов, арматуры и пр., соединенных с РЕ-проводником, повышает опасность электропоражения, поскольку в этом случае вероятность образования цепи «токоведущий проводник — тело человека — земля» гораздо выше. Только УЗО осуществляет защиту от прямого прикосновения.

Внедрение систем TN-S и TN-C-S в европейских странах, к опыту которых мы вынуждены постоянно обращаться, поскольку там рассматриваемые проблемы решались на два десятилетия раньше, также проходило с большими трудностями.

Пример

В литературе описан случай, когда электромонтер при подключении одного объекта ошибочно подключил фазу на защитный проводник, что повлекло за собой смертельное поражение нескольких человек.
В плане обеспечения условий электробезопасности при эксплуатации электроустановки серьезной альтернативой вышерассмотренным системам заземления является сравнительно новое, но все более широко применяемое эффективное электрозащитное средство — двойная изоляция.

Достижения химической промышленности в области производства пластиков и керамик, имеющих великолепные механические и электроизоляционные характеристики, позволили значительно расширить ассортимент электробезопасных электроприборов и электроинструментов в исполнении «двойная изоляция», при применении которых тип системы заземления в плане обеспечения условий электробезопасности не имеет значения. Изделия в исполнении «двойная изоляция» маркируются соответствующим знаком.

Как определить, какая стоит система заземления в многоквартирном доме

Случай 1. Дом старый. Имеется четырехпроводный стояк на этажном щитке и двухпроводный ввод в квартиру. Ранее отмечалось, что в старых домах подключение квартир сделано по системе TN-C.

Характерным признаком такой системы является четырехпроводный стояк на этажном щитке (L1, L2, L3, PEN). При таком типе проводки при однофазном подключении от этажного щитка в квартиру приходит только два провода (L, PEN).

Повторное заземление на этажном щитке отсутствует, хотя иногда PEN-проводник соединяется с корпусом щитка.

Внимание

При ремонте делать на таком щитке расщепление совмещенного нулевого проводника (PEN) не рекомендуется.
А переход на современную систему TN-C-S в таких домах придется отложить до тех времен, пока расщепление совмещенного нулевого проводника (PEN) не будет сделано организацией, обслуживающей дом, на ВРУ.

Случай 2. Дом старый. Стояк в подъезде четырехпроводный (L1, L2, L3, PEN), а в квартиру приходит три провода и один из них защитный нуль (РЕ). Т. е. в этажном щитке сделано локальное расщепление нуля. Это, скорее всего, незаконно сделал предыдущий владелец квартиры.

Четырехпроводный стояк на этажном щитке и трехжильный ввод в квартиру являются признаком локального расщепления нуля на этажном щитке .

Наглядное представление системы защитного заземления TN-C с незаконным локальным расщеплением PEN на этажном щитке

Случай 3. Дом новый или в доме проведен капитальный ремонт электросети. Повторное заземление подводится к ВРУ, там же выполнено расщепление совмещенного нулевого проводника PEN.

Признаком такого расщепления является пятипроводный стояк на этажном щитке (L1, L2, L3, N, РЕ). Это значит, что в доме современная система TN-C-S. При таком типе проводки при однофазном подключении от этажного щитка в квартиру приходит три проводника (L, N, РЕ).

То есть признаком системы TN-C-S в квартире является пятипроводный стояк на этажном щитке и трехпроводный (или пятипроводный при трехфазном варианте) ввод в квартиру.

Как определить, какая стоит система заземления в коттедже или даче

Все линии электропередачи между трансформаторными подстанциями (ТП) и зданиями — четырехпроводные (L1, L2, L3, PEN).

Случай 1. Если на вводе в дом на ВУ совмещенный нулевой проводник PEN не расщеплен, то во всем здании получится система TN-C. При таком типе проводки при однофазном подключении от этажного щитка по дому (даче) осуществляется проводка только двумя проводами (L, PEN). Трехфазные потребители запитываются четырьмя проводами (L1, L2, L3, PEN).

Случай 2. Если во входном устройстве дома (или ранее — в ВУ на опоре) нулевой проводник PEN расщеплен на нулевой и защитный, то в доме осуществлена система TN-C-S. Система TN-C-S может имеет место только после точки расщепления, считая со стороны от трансформаторной подстанции.

После расщепления при однофазном подключении из ВУ выходят три проводника (L, N, РЕ), а при трехфазном — пять (L1, L2, L3, N, РЕ). Таким образом, признаком системы TN-C-S в коттедже является выходящий из ВУ при трехфазном подключении пятипроводный, а при однофазном подключении трехпроводный входной кабель.

Переход на систему TN-C-S на вводе в коттедж на ВУ можно рекомендовать делать во всех случаях, как при однофазном, так и при трехфазном подключении, прямо на вводе в здание или ближайшей опоре, подведя туда шину от вашего повторного заземления, которое в коттедже в принципе не сложно организовать.

Какие цвета изоляции проводников в кабеле

В кабеле у каждого провода свой собственный цвет. Необходимо придерживаться такого простого правила, как: «Во время соединения проводов, не меняй их цвет».

Согласно ПЭУ, в бытовой электропроводке:

• коричневый или красный цвет — фазный провод L;
• синий цвет — нулевой рабочий N (или как его называют «нейтральный» или «ноль»);
• голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник PEN;
• желто-зеленый цвет (см. Примечание) — нулевой защитный РЕ (заземляющий проводник).

Примечание

В ПЭУ отмечается, что цветовое обозначение нулевых защитных проводов производится чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) желтого и зеленого цветов.
Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом. Совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах.
Опытные электрики рекомендуют и читателям запомнить заученный ими еще много лет назад: синий — рабочий ноль; желтый (зеленый) — защитный; самый светлый из кабеля (пучка) — фаза.