Системы заземления tn-c, tn-s, tn-c-s

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 контур защитного заземления 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.

Что такое заземление

Для начала, вспомним, что такое заземление. Заземление это специальное соединение электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. В свою очередь, заземляющее устройство это совокупность независимых заземлителей и заземляющих проводников.

На практике заземление это ряд заземлителей (например, металлических стержней или уголков), вбитых в землю и соединенных между собой металлическими полосами. Вбитые заземлители образуют контур заземления. Подсоединение электроустановки и оборудования к контуру заземления и есть заземление электроустановки и оборудования.

Можно разделить заземление на рабочее и защитное.

• Рабочее или фактическое заземление должно присутствовать во всех домах, независимо от наличия электричества. Оно служит, как минимум для молниезащиты дома.
• Защитное заземление относится к домам с подведенным электропитанием и необходимо, для безопасной работы электроприборов и оборудования. Защитное заземление связано с источниками электропитания.

Преобразование системы TN-C в систему TN-C-S

Основные моменты по модернизации внутридомовой электросети представим следующим образом:

• При однофазном питании жилого дома (квартиры) необходимо перейти от двухпроводной внешней сети (проводники L, PEN) к трёхпроводной сети внутри дома (проводники L, N, PE).
• При трёхфазном питании и наличии в доме однофазных потребителей (что практически всегда имеет место) необходимо перейти от четырёхпроводной внешней сети (L1, L2, L3, PEN) к пятипроводной сети внутри жилого строения (L1, L2, L3, N, PE).

Для наглядности рассмотрим процесс разделения PEN проводника в виде следующей условной картинки:

Как видно из рисунка, процесс разделения проводника PEN на два раздельных проводника (PE и N), как при однофазном вводе, так и при трехфазном, по сути, одинаков. Хотя, нужно отметить, что при трёхфазном вводе в дом, подключение трёхфазных потребителей (например, циркулярной пилы или бетономешалки) будет отличаться от подключения однофазных потребителей (телевизор, холодильник и т. д.)

Возвращаясь к нашему рисунку, отметим следующее:

Для того чтобы правильно выполнить преобразование системы TN-C в систему TN-C-S, необходимо выполнить и учесть ряд требований:

1. Правильно выбрать место разделения PEN проводника в электроустановке. 2. Не допускать присоединения проводников N и PE (в точке разделения) под один болт. 3. После разделения проводника PEN на проводники PE и N в электроустановке, последние не должны иметь электрического контакта между собой. 4. Защитный проводник PE ни при каких обстоятельствах не должен иметь разрывов в цепи или установленных в этой цепи коммутационных аппаратов.

Важно также понимать и учитывать, что система TN-C-S является комбинацией систем TN-C и TN-S. Т

е. на участке до точки разделения в электроустановке (на рисунке точка разделения обозначена шинкой) она сохраняет все недостатки, присущие системе TN-C

Т. е. на участке до точки разделения в электроустановке (на рисунке точка разделения обозначена шинкой) она сохраняет все недостатки, присущие системе TN-C.

Схема подключения по системе TN-C-S

В связи с тем, что система TN-C не обеспечивает необходимый уровень безопасности в жилых зданиях, особенно в частных домах, к которым подключёно однофазное напряжение 220В, её необходимо модернизировать и превратить в систему заземления TN-C-S. Эта работа может быть выполнена с минимальными затратами, поэтому такая схема получила широкое распространение, несмотря на имеющиеся недостатки конструкции.

Само название TN-C-S указывает на то, что заземляющий и нейтральный проводники соединены только в начале линии, а на некотором расстоянии от трансформаторной подстанции разделяются на два отдельных провода. Питающие трансформаторы в таких схемах используются с глухозаземлённой, неотключаемой, нейтралью.

Согласно ПУЭ п.1.7.132 использовать объединённый проводник PEN в однофазных сетях запрещается (не относится к ответвлениям от воздушных линий). Поэтому при реконструкции схемы электроснабжения в домах, к которым подводится 220В, разделение этого провода на PE и N производится в месте подключения здания к трёхфазной линии. В многоквартирных домах это делается во вводном щите в здание, а НЕ НА ПЛОЩАДКЕ в щитке возле электросчётчика.

При подключении здания не к подземному кабелю, а к воздушной линии электропередач, то, согласно ПУЭ п.1.7.102, место разделения проводов подлежит обязательному заземлению.

Как указано в ПУЭ п.1.7.135, соединять после разделения PE и N ЗАПРЕЩАЕТСЯ! Это автоматически превращает схему TN-C-S в TN-C.

Описание системы TN-C-S со всеми техническими требованиями к ней указано в ПУЭ п.1.7.3, 1.7.13, и рис.1.7.3

Зачем нужно разделение PEN проводника

Основной причиной для разделения провода PEN являются требования ПУЭ п.7.1.13, в котором указано, что все электроустановки, кроме низковольтных (12 В, 36 В и т.п.), должны иметь заземление TN-S с отдельными проводами PE и N либо более дешёвого типа TN-C-S с разделением PEN-провода. При несоблюдении этих условий возможно отключение здания от электроснабжения контролирующими организациями.

Кроме того, этого требуют здравый смысл и законы электротехники:

• При использовании системы TN-C корпус электроприбора фактически не заземляется, а зануляется. Поэтому обрыв провода PEN приводит к тому, что на нейтральном контакте розетки, заземляющем выводе и корпусе электрооборудования оказывается напряжение сети 220В.
• Самое частое место этого обрыва – внутридомовые сети. Обычно они выполняются более тонким проводом, чем кабель, подходящий к зданию.
• На вводном квартирном щитке устанавливается два предохранителя или автоматический выключатель, разрывающий цепь PEN. Даже если используется спаренный автомат, нельзя исключить возможность “залипания” фазного контакта. Это отключение приводит к эффекту, аналогичному обрыву провода PEN.

Поэтому разделение PEN проводника обеспечивает бОльшую безопасность людей, живущих в доме.

Разделение PEN проводника

Правила, по которым производится разделение, описаны в ПУЭ п.п.1.7 и 7.1:

• самым удобным местом для разделения является вводной электрощит, до вводного автоматического выключателя, рубильника или общедомового электросчётчика;
• схема должна быть смонтирована так, чтобы исключить отключение, в том числе аварийное, цепей PEN и PE;
• автоматические выключатели и рубильники, согласно ПУЭ п.1.7.145, допускается устанавливать только в цепи нейтрали N;
• проводник PEN подключается к шине РЕ, или главной заземляющей шине ГЗШ, которая должна соединяться с нейтральной планкой;
• проводники РЕ и N после разделения не соединяются;
• нельзя использовать общую шину для нейтрали и заземления.

Исходя из этих правил, во вводном щите монтируются две шинки – нейтральная N и заземляющая ГЗШ. Вводной проводник PEN и заземляющий провод внутренней проводки РЕ подключаются к заземляющей шине. К ней же присоединяется контур заземления здания. Эта планка соединяется с нейтральной шиной N перемычкой.

Важно! Сечение проводника PEN вводного кабеля быть не менее 10мм² при использовании медного провода и 16мм², если кабель алюминиевый.

Достоинства

Основным и практически единственным достоинством данной системы заземления – является исключительная экономичность еще монтажа. (Очевидно, что отказ от третьего заземляющего проводника (PE) дает экономию материалов практически на треть, что является очень выгодным при массовом применении этой системы заземления.)

Поэтому данная система заземления и была широко использована в свое время в Советском союзе при типовых, массовых застройках – и вероятнее всего советские инженеры сделали этот выбор вполне сознательно: значительно важнее было обеспечить как можно большее количество людей электричеством, даже и понизив общий уровень электробезопасности. При этом следует отметить — практически во всех европейских странах, изначально была применена, хотя и более дорогостоящая, но и между тем более надежная, с точки зрения обеспечения безопасности потребителя, система защитного заземления – TN-C-S.

Так же в качестве своеобразного достоинства следует признать и относительную простоту переделки данной системы заземления в более надежную и безопасную систему защитного заземления TN-C-S. (Переделка производится лишь добавлением в сеть всего одного провода, причем, как в однофазных, так и в трехфазных схемах.)

Общие понятия

Для более чёткого понимания и восприятия материала рассмотрим два типа электрических сетей. Внешняя питающая электросеть — линии электропередач (ЛЭП), по которым электроэнергия поступает к нам в дом.

На фото ниже показан фрагмент городской воздушной линии электропередачи, питающей жилые дома по моей улице. В типовом случае используют четыре изолятора (ролика) закреплённых на опоре. Три верхних изолятора используют для фазных проводников (обозначены L1, L2, L3) и нижний изолятор используют для нулевого рабочего проводника (обозначен буквой N). При однофазном питании в жилой дом электроэнергия поступает по двум проводам (на фото показана отходящая линия (L1 — N), при трёхфазном электроснабжении в жилой дом электроэнергия поступает по 4 проводам, т. е. используются все четыре провода.

Таким образом, городская воздушная линия (ВЛ) представляет собой четырёхпроводную систему (обозначаемую комбинацией букв TN-C), в которой проводник N (в современной терминологии PEN) совмещает в себе функции рабочего и защитного проводника. Данная система (TN-C), несмотря на её существенные недостатки, для внешних питающих сетей разрешена к применению. Но вот использовать её внутри жилых помещений согласно действующим нормативным документам нельзя.

Внутренняя (внутридомовая) электрическая сеть — лектрическая сеть, проложенная внутри дома, посредством которой обеспечиваются электроэнергией потребители в жилом доме и в хозяйственных постройках, а также освещение помещений дома и хозяйственных построек.

Как отмечалось выше, использовать систему TN-C внутри жилых строений запрещено. К использованию разрешена лишь система TN-C-S. Причин достаточно:

• Невозможность системы TN-C обеспечить требуемую электробезопасность для жильцов дома и безопасность самого строения.
• Невозможность использования (по крайней мере, полноценного) современных устройств защитного отключения.
• Невозможность правильного и безопасного подключения современных бытовых приборов (телевизор, стиральная машина, холодильник и т. д.).

Для наглядности рассмотрим подключение к внутридомовой электросети современной бытовой техники, имеющей трёхконтактную вилку (в обиходе называют евровилкой). При однофазном питании жилого дома в дом приходит два провода (фазный и нулевой), как показано на фото выше. Для правильного и безопасного подключения бытовой техники, оборудованной евровилкой, требуется три провода, фазный (L), нулевой рабочий (N) и защитный (PE). Что и показано на фото ниже слева.

Таким образом, в случае подключения бытовой техники к двухпроводной электропроводке оборудование работать будет. Такое подключение современной бытовой техники характерно для старых многоквартирных домов. Но в этом случае возникает реальная угроза поражения электрическим током. Почему? Если посмотреть на схему подключения внутри самого устройства (стиральная машина, холодильник и т. д.), то мы увидим, что третий защитный провод (PE), идущий от вилки, подключён к корпусу оборудования. На фото справа показано подключение защитного проводника внутри сварочного аппарата (обведено белым кругом). Аналогично подключаются и прочее электрооборудование (стиральная машина, холодильник и т. д.). За счет такого подключения корпус электроприбора всегда защищён от появления на нём высокого (фазного) напряжения. Так как в случае повреждения (пробоя) изоляции и появления фазного напряжения на корпусе прибора, сработает защитный автомат (либо по току короткого замыкания, либо по току утечки) и отключит неисправный прибор. Тем самым исключается возможность поражения человека электрическим током при неисправном оборудовании.

К сожалению, на практике ситуация такова:

• Люди мирятся (либо вынуждены мириться) с возможной опасностью поражения электрическим током при использовании в доме устаревшей (двухпроводной) электрической сети.
• Начинают пытаться «решать проблему» народными методами.

Так, например, в сети Интернет высказывается идея объединить (соединить между собой) контакты проводников N и PE в розетке. Тем самым, якобы, корпус электроприборов будет занулён, и будет обеспечена безопасность жильцов. Делать этого категорически нельзя, так как вероятность поражения электрическим током существенно возрастает. Чтобы понять почему, рекомендую посмотреть мою статью «Электромонтажные работы в доме — по британскому стандарту».

Таким образом, для правильного безопасного подключения электрооборудования в доме с возможностью использования современных защитных устройств (УЗО), требуется модернизация (реконструкция) электрической сети в жилом доме.

Что такое заземление

Фактически, заземление это намеренное (!) соединение частей электроустановки, которые могут проводить ток, с естественным или искусственным заземлителем.

В свою очередь, заземлитель это проводник, имеющий необходимый, поверхностный или глубинный, контакт с землей.

Формально, любой железный прут, вбитый в землю является заземлителем. Фактически, чтобы стать заземлителем, вбитый прут должен иметь нормативное электрическое сопротивление. По норме ПУЭ 7 разд. 1.7.101 это не более 2,4,8 Ом при 660, 380 и 220В (три фазы) и 380, 220 и 127В (одна фаза).

Также по нормативам, в качестве заземлителя могут выступать железные части строения и сооружений электрически связанные с землей. Но опятьтаки, при выполнении определенных условий. А именно: сопротивление должно быть в нормативе, напряжение прикосновение должно быть в нормативе и естественный заземлитель должен быть достаточно надежен, чтобы не разорваться в аварийной ситуации, например, при коротком замыкании.