Tn c s заземление. Что означает заземление
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.
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.
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.
), в электрических сетях до 1 кВ используются следующие системы:
1. Система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников. Подразделяется на следующие подсистемы:
1.1. подсистема TN-С – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении;
1.2. подсистема TN-S – система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении;
1.3. подсистема 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;
2. 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;
3. 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.
Буквенное обозначение
В обозначениях систем принято:
Первая буква – состояние нейтрали источника питания относительно земли:
Т (terra – земля) – заземленная нейтраль;
I (isolate – изолированный) – 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 (neutral – нейтральный) – 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 (selective – разделенный) – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены;
С (complete – общий) – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник);
Принято следующее буквенное обозначение нулевых проводников:
N – нулевой рабочий (нейтральный) проводник;
РЕ (protecte eath – защитная земля) – защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов);
PEN – совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.
Область применения
Система TN должна, как правило, применяться в электроустановках напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок.
Систему IT следует выполнять, как правило, в электроустановках напряжением до 1 кВ при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю или на открытые проводящие части.
Система ТТ допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены.
Проверьте, насколько хорошо Вы изучили вопрос "Типы систем заземления электроустановок", ответив на несколько контрольных вопросов.
Режимы заземления нейтрали в сетях 0,4 кв
В главе 1.7 нового издания ПУЭ приведены возможные варианты (режимы) заземления нейтрали и открытых проводящих частей 1 в сетях 0,4 кВ. Они соответствуют вариантам, указанным в стандарте Международной электротехнической комиссии (МЭК).Режим заземления нейтрали и открытых проводящих частей обозначается двумя буквами: первая указывает режим заземления нейтрали источника питания (силового трансформатора 6-10/0,4 кВ), вторая 13 открытых проводящих частей. В обозначениях используются начальные буквы французских слов :
- Т (terre 13 земля) 13 заземлено;
- N (neutre 13 нейтраль) 13 присоединено к нейтрали источника;
- I (isole) 13 изолировано.
- TN 13 нейтраль источника глухо заземлена, корпусы электрооборудования присоединены к нейтральному проводу;
- ТТ 13 нейтраль источника и корпусы электрооборудования глухо заземлены (заземления могут быть раздельными);
- IT 13 нейтраль источника изолирована или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, корпуса электрооборудования глухо заземлены.
- TN-C 13 нулевые рабочий и защитный проводники объединены (С 13 первая буква англ. слова combined 13 объединенный) на всем протяжении. Объединенный нулевой проводник называется PEN по первым буквам англ. слов protective earth neutral 13 защитная земля, нейтраль;
- TN-S 13 нулевой рабочий проводник N и нулевой защитный проводник PE разделены (S 13 первая буква англ. слова separated 13 раздельный);
- TN-C-S 13 нулевые рабочий и защитный проводники объединены на головных участках сети в проводник PEN, а далее разделены на проводники N и PE.
2 Косвенное прикосновение 13 электрический контакт людей и животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. То есть это прикосновение к металлическому корпусу электрооборудования при пробое изоляции на корпус.
Сравним возможные режимы заземления нейтрали и открытых проводящих частей в сетях 0,4 кВ 13 отметим преимущества и существенные недостатки. Основными критериями для сравнения являются:
- электробезопасность (защита от поражения людей электрическим током);
- пожаробезопасность (вероятность возникновения пожаров при коротких замыканиях);
- бесперебойность электроснабжения потребителей;
- перенапряжения и защита изоляции;
- электромагнитная совместимость (в нормальном режиме работы и при коротких замыканиях);
- повреждения электрооборудования при однофазных коротких замыканиях;
- проектирование и эксплуатация сети.
СЕТЬ TN-C
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей (занулением) до последнего времени были широко распространены в России.Электробезопасность в сети TN-C при косвенном прикосновении2 обеспечивается отключением возникших однофазных замыканий на корпус с помощью предохранителей или автоматических выключателей. Режим TN-C был принят в качестве главенствующего в то время, когда основными аппаратами защиты от замыканий на корпус были предохранители и автоматические выключатели. Характеристики срабатывания этих аппаратов защиты в свое время определялись особенностями защищаемых воздушных линий (ВЛ) и кабельных линий (КЛ), электродвигателей и других нагрузок. Обеспечение электробезопасности было второстепенной задачей.
При относительно низких значениях токов однофазного КЗ (удаленность нагрузки от источника, малое сечение провода) время отключения существенно возрастает. При этом электропоражение человека, прикоснувшегося к металлическому корпусу, весьма вероятно. Например, для обеспечения электробезопасности отключение КЗ на корпус в сети 220 В должно выполняться за время не более 0,2 с . Но такое время отключения предохранители и автоматические выключатели способны обеспечить только при кратностях токов КЗ по отношению к номинальному току на уровне 6-10. Таким образом, в сети TN-C существует проблема обеспечения безопасности при косвенном прикосновении из-за невозможности обеспечения быстрого отключения. Кроме того, в сети TN-C при однофазном КЗ на корпус электроприемника возникает вынос потенциала по нулевому проводу на корпуса неповрежденного оборудования, в том числе отключенного и выведенного в ремонт. Это увеличивает вероятность поражения людей, контактирующих с электрооборудованием сети. Вынос потенциала на все зануленные корпуса возникает и при однофазном КЗ на питающей линии (например, обрыв фазного провода ВЛ 0,4 кВ с падением на землю) через малое сопротивление (по сравнению с сопротивлением контура заземления подстанции 6-10/0,4 кВ). При этом на время действия защиты на нулевом проводе и присоединенных к нему корпусах возникает напряжение, близкое к фазному. Особую опасность в сети TN-C представляет обрыв (отгорание) нулевого провода. В этом случае все присоединенные за точкой обрыва металлические зануленные корпуса электроприемников окажутся под фазным напряжением.
Самым большим недостатком сетей TN-C является неработоспособность в них устройств защитного отключения (УЗО) или residual current devices (RCD) по западной классификации.
Пожаробезопасность сетей TN-C низкая. При однофазных КЗ в этих сетях возникают значительные токи (килоамперы), которые могут вызывать возгорание. Ситуация осложняется возможностью возникновения однофазных замыканий через значительное переходное сопротивление, когда ток замыкания относительно невелик и защиты не срабатывают либо срабатывают со значительной выдержкой времени.
Бесперебойность электроснабжения3 в сетях TN-C при однофазных замыканиях не обеспечивается, так как замыкания сопровождаются значительным током и требуется отключение присоединения.
В процессе однофазного КЗ в сетях TN-C возникает повышение напряжения (перенапряжения) на неповрежденных фазах примерно на 40%. Сети TN-C характеризуются наличием электромагнитных возмущений. Это связано с тем, что даже при нормальных условиях работы на нулевом проводнике при протекании рабочего тока возникает падение напряжения. Соответственно между разными точками нулевого провода имеется разность потенциалов. Это вызывает протекание токов в проводящих частях зданий, оболочках кабелей и экранах телекоммуникационных кабелей и соответственно электромагнитные помехи. Электромагнитные возмущения существенно усиливаются при возникновении однофазных КЗ со значительным током, протекающим в нулевом проводе.
Значительный ток однофазных КЗ в сетях TN-C вызывает существенные разрушения электрооборудования. Например, прожигание и выплавление стали статоров электродвигателей. На стадии проектирования и настройки защит в сети TN-C необходимо знать сопротивления всех элементов сети, в том числе и сопротивления нулевой последовательности для точного расчета токов однофазных КЗ. То есть необходимы расчеты или измерения сопротивления петли фаза-нуль для всех присоединений. Любое существенное изменение в сети (например, увеличение длины присоединения) требует проверки условий защиты.
СЕТЬ TN-S
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей называются пятипроводными. В них нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены. Само по себе использование сети TN-S не обеспечивает электробезопасность при косвенном прикосновении, так как при пробое изоляции на корпусе, как и в сети TN-C, возникает опасный потенциал. Однако в сетях TN-S возможно использование УЗО. При наличии этих устройств уровень электробезопасности в сети TN-S существенно выше, чем в сети TN-С. При пробое изоляции в сети TN-S также возникает вынос потенциала на корпуса других электроприемников, связанных проводником PE. Однако быстрое действие УЗО в этом случае обеспечивает безопасность. В отличие от сетей TN-С обрыв нулевого рабочего проводника в сети TN-S не влечет за собой появление фазного напряжения на корпусах всех связанных данной линией питания электроприемников за точкой разрыва.Пожаробезопасность сетей TN-S при применении УЗО в сравнении с сетями TN-С существенно выше. УЗО чувствительны к развивающимся дефектам изоляции и предотвращают возникновение значительных токов однофазных КЗ.
В отношении бесперебойности электроснабжения и возникновения перенапряжений, сети TN-S не отличаются от сетей TN-С.
Электромагнитная обстановка в сетях TN-S в нормальном режиме существенно лучше, чем в сетях TN-С. Это связано с тем, что нулевой рабочий проводник изолирован и отсутствует ответвление токов в сторонние проводящие пути. При возникновении однофазного КЗ создаются такие же электромагнитные возмущения, как и в сетях TN-С.
Наличие в сетях TN-S устройств УЗО существенно снижает объем повреждений при возникновении однофазных КЗ по сравнению с сетями TN-С. Это объясняется тем, что УЗО ликвидирует повреждение в его начальной стадии.
В отношении проектирования, настройки защит и обслуживания, сети TN-S не имеют каких-либо преимуществ по сравнению с сетями TN-С. Отмечу, что сети TN-S более дорогие в сравнении с сетями TN-С из-за наличия пятого провода, а также УЗО.
СЕТЬ TN-С-S
Это комбинация рассмотренных выше двух типов сетей. Для этой сети будут справедливы все преимущества и недостатки, указанные выше.СЕТЬ TТ
Особенностью данного типа сетей 0,4 кВ является то, что открытые проводящие части электроприемников присоединены к заземлению, которое обычно независимо от заземления питающей подстанции 6 1310/0,4 кВ.Электробезопасность в этих сетях обеспечивается использованием УЗО в обязательном порядке. Само по себе использование режима ТТ не обеспечивает безопасности при косвенном прикосновении. Если сопротивление местного заземлителя, к которому присоединены открытые проводящие части, равно сопротивлению заземления питающей подстанции 6(10)/0,4 кВ и возникает замыкание на корпус, то напряжение прикосновения составит половину фазного напряжения (110 В для сети 220 В). Такое напряжение опасно, и необходимо немедленное отключение поврежденного присоединения. Но отключение не может быть обеспечено автоматическими выключателями и предохранителями за безопасное для прикоснувшегося человека время из-за малой величины тока однофазного замыкания. Например, если принять, что сопротивления заземления питающей подстанции 6(10)/0,4 кВ и местного заземлителя равны 0,5 Ома, и пренебречь сопротивлениями силового трансформатора и кабеля, при фазном напряжении 220 В ток однофазного замыкания на корпус в сети ТТ составит всего 220 А. С учетом всех сопротивлений в цепи замыкания ток будет еще меньше.
Пожаробезопасность сетей TТ в сравнении с сетями TN-С существенно выше. Это связано со сравнительно малой величиной тока однофазного замыкания и с применением УЗО, без которых сети ТТ вообще эксплуатироваться не могут.
Бесперебойность электроснабжения3 в сетях TТ при однофазных замыканиях не обеспечивается, так как требуется отключение присоединения по условиям безопасности.
При возникновении однофазного замыкания на землю в сети ТТ напряжение на неповрежденных фазах относительно земли повышается, что связано с появлением напряжения на нейтрали питающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ. Если принять сопротивления, указанные выше, то напряжение на нейтрали составит половину фазного. Такое повышение напряжения не опасно для изоляции, так как однофазное замыкание достаточно быстро ликвидируется действием УЗО, причем в большинстве случаев до своего полного развития и достижения током максимума.
В системе ТТ нескольких корпусов электроприемников обычно объединены одним защитным проводником РЕ и присоединены к общему заземлителю, отдельному, как уже сказано, от заземлителя питающей подстанции. Выполнять отдельный заземлитель в сети ТТ для каждого электроприемника нецелесообразно по экономическим соображениям. В нормальном режиме по защитному проводнику в системе ТТ не протекает ток и соответственно между корпусами отдельных электроприемников нет разности потенциалов. То есть в нормальном режиме электромагнитные возмущения (разность потенциалов между корпусами, протекание токов по конструкциям зданий и оболочкам кабелей) отсутствуют. При возникновении однофазного замыкания ток относительно невелик, при его протекании падение напряжения на защитном проводнике невелико, длительность протекания тока мала. Соответственно возникающие при этом возмущения также невелики. Таким образом, с позиций электромагнитных возмущений сеть ТТ имеет преимущество по сравнению с сетями TN-С в нормальном режиме работы и с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S в режиме однофазного замыкания.
Объем повреждений оборудования в сетях ТТ при возникновении однофазных КЗ невелик, что связано с малой величиной тока в сравнении с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S и с использованием УЗО, которые обеспечивают отключение до полного развития повреждения изоляции.
С точки зрения проектирования, сети ТТ имеют существенное преимущество по сравнению с сетями TN. Использование в сетях ТТ УЗО устраняет проблемы, связанные с ограничением длины линий, необходимостью знать полное сопротивление петли КЗ. Сеть может быть расширена или изменена без повторного расчета токов КЗ или замера сопротивления петли тока КЗ. Учитывая, что сам по себе ток однофазного КЗ в сетях ТТ меньше, чем в сетях TN-S, TN-С-S, сечение защитного проводника РЕ в сети ТТ может быть меньше.
СЕТЬ IT
Нейтральная точка питающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ такой сети изолирована от земли или заземлена через значительное сопротивление (сотни Ом 13 несколько кОм). Защитный проводник в таких сетях отделен от нейтрального.Электробезопасность при однофазном замыкании на корпус в этих сетях наиболее высокая из всех рассмотренных. Это связано с малой величиной тока однофазного замыкания (единицы ампер). При таком токе замыкания напряжение прикосновения крайне невелико и отсутствует необходимость немедленного отключения возникшего повреждения. Кроме того, в сети IT безопасность может быть улучшена за счет применения УЗО.
Пожаробезопасность сетей IT самая высокая в сравнении с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S, ТТ. Это объясняется наименьшей величиной тока однофазного замыкания (единицы ампер) и малой вероятностью возгорания.
Сети IT отличаются высокой бесперебойностью электроснабжения потребителей. Возникновение однофазного замыкания не требует немедленного отключения.
При возникновении однофазного замыкания на землю в сети IT напряжение на неповрежденных фазах увеличивается в 1,73 раза. В сети IT с изолированной нейтралью (без резистивного заземления) возможно возникновение дуговых перенапряжений высокой кратности.
Электромагнитные возмущения в сетях IT невелики, поскольку ток однофазного замыкания мал и не создает значительных падений напряжения на защитном проводнике.
Повреждения оборудования при возникновении однофазного замыкания в сетях IT очень малы. Для эксплуатации сети IT необходим квалифицированный персонал, способный быстро находить и устранять возникшее замыкание. Для определения поврежденного присоединения необходимо специальное устройство (в западных странах применяется генератор тока с частотой, отличной от промышленной, включаемый в нейтраль). Сети IT имеют ограничение на расширение сети, так как новые присоединения увеличивают ток однофазного замыкания.
Заключение
В качестве общих рекомендаций для выбора той или иной сети можно указать следующее: 1. Сети ТN-C и ТN-C-S не следует использовать из-за низкого уровня электро- и пожаробезопасности, а также возможности значительных электромагнитных возмущений.2. Сети TN-S рекомендуются для статичных (не подверженных изменениям) установок, когда сеть проектируется «раз и навсегда».
3. Сети ТТ следует использовать для временных, расширяемых и изменяемых электроустановок. 4. Сети IT следует использовать в тех случаях, когда бесперебойность электроснабжения является крайне необходимой.
Возможны варианты, когда в одной и той же сети следует использовать два или три режима. Например, когда вся сеть получает питание по сети TN-S, а часть ее через разделительный трансформатор по сети IT.
Отметим, что ни один из способов заземления нейтрали и открытых проводящих частей не является универсальным. В каждом конкретном случае необходимо проводить экономическое сравнение и исходить из критериев: электробезопасности, пожаробезопасности, уровня бесперебойности электроснабжения, технологии производства, электромагнитной совместимости, наличия квалифицированного персонала, возможности последующего расширения и изменения сети.