Разновидности систем заземления

До выхода в свет седьмого издания ПУЭ характер связи нейтрали генераторов или трансформаторов с заземляющим устройством системы разделялись так:

• с глухозаземленной нейтралью;
• с изолированной нейтралью.

В системах с глухозаземленной нейтралью нейтраль силового трансформатора соединялась с контуром заземления сразу же на трансформаторной подстанции. Иногда в этой цепи устанавливался трансформатор тока, в основном же соединение выполнялось жестким шинопроводом. Такими выполнялись все распределительные системы переменного тока напряжением до 1000 В, за исключением электрооборудования шахт и карьеров.

В системах с изолированной нейтралью такого проводника не предусматривалось. В результате относительно земли на ней присутствовал электрический потенциал. Но и нейтрали в них не предусматривалось: обмотки силового трансформатора соединялись в треугольник. Потребители получали электричество по трем проводникам.

Недостатки систем заземления

Что же привело к введению западных стандартов применительно к конструкции систем заземления? Для этого рассмотрим, как они выполнялись.

В системе с глухозаземленной нейтралью сама нейтраль несла в себе, помимо функции проводника нулевого тока, еще и функцию связи заземляемого оборудования с контуром заземления. Поскольку ток в нейтрали не равен нулю, то на ее концах образовывалась разность потенциалов. Присутствие ее относительно сторонних металлических конструкций на безопасность персонала влияла отрицательно.

Но главной бедой, угрожающей безопасности людей, становился обрыв нейтрали. В этом случае ее потенциал зависел от распределения токов по фазам распределительной сети. В неблагоприятном случае потенциал нейтрали относительно земли достигал 380 В. При этом металлоконструкции, присоединенные к нейтральному проводнику с целью заземления, оказывались под тем же потенциалом. Защита на этот режим не реагировала никак, пока в сети не выходил из строя электроприбор из-за превышения напряжения в его фазе.

Еще один недостаток связан с подключением к контуру заземления корпусов малогабаритных приборов. По сути их требовалось присоединить к нейтральному проводнику. Такой способ назывался защитным занулением. Но в случае обрыва нейтрали корпус автоматически оказывался под опасным для жизни потенциалом. Поэтому корпуса люминесцентных светильников на предприятиях предпочитали вовсе не заземлять, из-за чего на них постоянно дежурит опасный для жизни потенциал. Но это –меньшее зло.

Новая классификация систем заземления

В седьмое издание ПУЭ добавлена информация из вновь созданного ГОСТ Р 50571.1-2009, по сути своей являющимся копией стандарта Международной электротехнической комиссии (МЭК). Можно было придумать собственный стандарт, но лучше, если в большинстве стран будет царить единообразие. Ведь в Россию не только поставляется западное электрооборудование, но и целые заводы собираются по иностранным проектам. Чем меньше будет конфликтных ситуаций – тем лучше.

Стандарт касается электроустановок, напряжением до 1000 В. В системах заземления установок выше 1000 В менять нечего.

Первое, на что обращают внимание все, открывающие главу 1.7 ПУЭ – это новые системы обозначения электроустановок в зависимости от режимы работы нейтрали и расположения нулевых проводников.

Первая буква обозначения: «T» или «I» — обозначает соответственно заземленную или изолированную нейтраль электроустановки.

Вторые буквы означают следующее

Защитные и рабочие проводники

Проводники, объединенные раньше в одном понятии «ноль» теперь меняют свое назначение и разделяются на два типа.

Нулевые рабочие проводники служат только для передачи электрической энергии. Использование их как защитных запрещено. Они окрашиваются в голубой цвет, обозначаются буквой N. При этом использование голубого цвета для маркировки других проводников тоже запрещается, чтобы избежать путаницы. Нулевые рабочие проводники не подключаются напрямую к корпусам, а устанавливаются на изоляторах.

Нулевые защитные проводники необходимы для связи корпусов или частей защищаемого оборудования с контуром заземления. Цвет их оболочки состоит из перемежающихся желто-зеленых полос, а буквенное обозначение самих проводников – РЕ. Для предотвращения путаницы запрещено теперь использование комбинации из этих цветов, даже каждого в отдельности. Разработан еще один ГОСТ, регламентирующий цветовую маркировку токопроводов, в котором отразились эти изменения.

Если вспомнить, то заземляющие шины в электроустановках до этого окрашивались в черный цвет. Волею случая этот цвет теперь обозначает один из фазных проводников.

Система заземления TN-C: схема

Система с глухозаземленной нейтралью в сетях до 1000 В осталась неизменной. Никто, естественно, не бросился в срочном порядке перекрашивать шины и добавлять дополнительные проводники в уже сформировавшиеся цепи. Требования ПУЭ и стандартов учитываются только в двух случаях:

• при проектировании и вводе в эксплуатацию новой электроустановки или части ее;
• при выполнении модернизации электрооборудования.

Все остальное остается прежним. А для этого прежнего в ПУЭ предусмотрено свое название – система TN-С. Разберемся, что это такое.

Буквы «TN» означают, что это – система с глухозаземленной нейтралью, в которой соединение потребителей с контуром заземления и нейтралью осуществляется при помощи проводников. С ними мы разобрались в предыдущем разделе.

А вот буква «С» означает, что функции этих проводников, рабочего и защитного, совмещены в одном, называемом «совмещенном». Носит он буквенное обозначение PEN, а окрашивается либо в голубой цвет с желто-зелеными полосами по краям, либо наоборот.

Ничего не изменилось, только цвет теперь не черный. Все, что было создано еще в советские годы, называется теперь системой заземления TN-C. С ней приходится считаться, потому что к новому виду заземления полностью промышленность перейдет еще не скоро.

Система заземления TN-S: схема

А вид этот новый носит название TN-S. Буква “S» как раз означает, что нулевые защитные и рабочие проводники разделены на все протяжении. Разделение это происходит непосредственно на трансформаторной подстанции. Нулевая шпилька трансформатора подключается к шине РЕ, а к ней перемычкой подключается нулевая шина. К шине РЕ сразу же подключают контур заземления подстанции.

Теперь все кабельные линии, отходящие от созданного таким образом распределительного устройства, становятся трехпроводными (если питают однофазную нагрузку) или пятипроводными при питании трехфазного потребителя.

Теперь появляется возможность удобно подключать заземляющие контакты розеток, корпуса светильников, бойлеров, распределительных щитков к контуру заземления. Для этого выделена персональная жила.

На всякий случай упомянем, что, если заземляющий проводник кабеля подключить не к чему, его нельзя ликвидировать. Со временем может потребоваться его использование, поэтому во всех соединительных коробках РЕ-проводники все равно соединяют, а у розеток или светильников – изолируют.

Есть ситуации, когда заземляющие проводники проложены, а подключать их пока не к чему: нет еще контура заземления или не готова часть электроустановки, через которую планируется подключение. В этом случае их соединяют в коробках, но не подключают к абонентам. Некоторые бытовые приборы: светильники, компьютеры, телевизоры, стиральные машины – имеют на входе помехоподавляющие фильтры, использующие корпус для связи с контуром заземления. Опасный потенциал от такого фильтра разбежится по все сети заземления.

Система заземления TN-C-S: схема

Мы уже упоминали реконструируемые электроустановки или части электроустановок, подлежащих модернизации. Их конструкция должна соответствовать новым требованиям ПУЭ. Но для создания системы заземления TN-S реконструировать электроустановку нужно с трансформаторной подстанции. Это потребует серьезных финансовых затрат. Как быть в этом случае?

Для этого используется система заземления TN-C-S, являющаяся комбинацией выше рассмотренных. В части ее, от трансформаторной подстанции, используется TN-C, а на определенном участке защитный и рабочий проводники разделяются, создавая систему TN-S.

Такое разделение устраивают во вводных распределительных устройствах (ВРУ) главных распределительных щитках (ГРЩ) или просто в щитках ввода в здание. Но в этом месте желательно наличие контура повторного заземления, иначе такое разделение не будет безопасным.

Особенное внимание при разделении совмещенного проводника TN-C на защитный и нулевой рабочий обращают на его точку подключения. Проводник PEN при переходе подключается к шине РЕ. Мотивация этого такова. Между шинами N и РЕ при переходе на систему TN-S устанавливается перемычка. Если подключить PEN к шине N, то при обрыве перемычки ничего видимого не произойдет. Все защитные проводники, подключенные к распределительному устройству, потеряют связь с контуром заземления. И никто ничего не заметит, пока не произойдет беда.

При подключении PEN-проводника к шине РЕ и обрыве перемычки произойдет тот же эффект, что был описан ранее в случае обрыва нуля. В электроустановке установится аварийный режим, который вряд ли заметят. С одной разницей: соединение корпусов электрооборудования с контуром заземления не исчезнет, и люди не пострадают.

Система заземления IT: схема

Эта система применяется на горных выработках: карьерах, шахтах. Особенности эксплуатации электрооборудования на этих предприятиях таковы, что получить качественного контура заземления там не представляется возможным.

Нейтраль трансформатора там все-таки заземляется, но через контрольно-измерительные приборы, выполняющие функцию защиты от утечки. В случае ее возникновения происходит отключение электроустановки.

Система заземления ТТ: схема

Устройство с двумя разделенными друг от друга заземляющими устройствами используется там, где невозможно обеспечить безопасность при помощи TN. Это связано либо с аварийным состоянием нулевых проводников, либо с их большой протяженностью. В основном это касается воздушных линий электропередачи.

Особенность защиты людей от поражения электрическим током в системе ТТ — обязательное применение устройств защитного отключения (УЗО) с дифференциальным током 30 мА.