Системы заземления TN-C, TN-S, TNC-S, TT, IT со схемами - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Если фазный провод коснется открытых частей корпуса, произойдет короткое замыкание и сработает автоматический предохранитель. Быстрое отключение предотвращает риск возгорания или поражения людей электрическим током. Если используется система TN-C, не следует использовать дополнительные уравнительные контуры в ванных комнатах.

Содержание

Системы заземления TN-C, TN-S, TNC-S, TT, IT

Правильно выполненная система заземления является неотъемлемой частью планирования, монтажа и последующей эксплуатации оборудования и установок. Заземление может быть естественным или искусственным, в зависимости от используемых земляных сооружений.

Естественные заземлители представлены всевозможными металлическими предметами, постоянно находящимися в земле. К ним относятся арматура, трубы, сваи и другие конструкции, способные проводить электричество. Однако электрическое сопротивление и другие параметры, присущие этим объектам, не поддаются точному контролю и не могут быть предсказаны. По этой причине ни одно электрооборудование не может нормально эксплуатироваться с таким заземлением. Правила предусматривают только искусственное заземление с помощью специальных заземляющих устройств.

После отделения провода PEN для подключения потребителей будет использоваться система заземления:

Системы заземления TN-S, TN-C, TN-C-S

Прежде чем перейти к рассмотрению типов заземления, важно правильно понять, что такое заземление. При упоминании этого слова у большинства людей в голове возникает образ: металлическая полоса, идущая вдоль фасада здания, которая соединена со стержнем, вбитым в землю.

К сожалению, отсутствие знаний о заземлении часто приводит к ситуациям, когда при попытке найти заземляющую розетку в помещении и не найдя ее, совершается неправильное действие.

Попытки создания заземления путем подключения третьего проводника к различным металлическим предметам. Это особенно актуально, если вы устанавливаете стиральную машину.

Это могут быть трубы отопления, стояки или что-то еще.

И в принципе это действие понятно, ведь предполагается, что трубы проходят через землю, а значит, ток пойдет туда. Но не все так радужно. Такой способ заземления очень опасен.

Ведь если в корпусе стиральной машины произойдет замыкание, то всех людей, которые в этот момент принимают ванну или просто пользуются краном, может ударить током.

В любой из квартир по стояку. И это может привести к летальному исходу.

Что такое заземление?

Поэтому важно иметь хорошее представление о заземлении и делать все в соответствии с требованиями безопасности.

Что такое заземление? По периметру здания вбивается несколько металлических стержней. Они соединены между собой металлическими полосами. Это образует контур заземления. К нему подключены электрические приборы или установки. Это называется заземлением установки (оборудования).

Существует два типа заземления:

Защитный – этот тип предусмотрен для всех домов, к которым подведено электричество;
Эксплуатационная – присутствует на всех зданиях, служит в основном для защиты от ударов молнии.

Чтобы организовать собственную систему заземления, необходимо определить тип системы заземления, подключенной в вашем здании. Существует общая точка, в которой соединяются обмотки трансформатора. Это называется нейтральной или нейтральной точкой. Название происходит от того, что потенциал нагрузки всегда равен нулю во время стабильной работы.

Существует три типа заземления:

Чтобы понять, что они означают, необходимо расшифровать составляющие их буквы. Первая буква указывает на тип заземления:

T – нейтральная точка – подключена к земле;
I – все токопроводящие части изолированы от земли.

Вторая буква может быть использована для указания типа заземления открытых проводящих частей электроустановок, входящих в состав здания:

T – существующие части соединены с землей, независимо от характера соединения;
N – части установки непосредственно подключены к заземлению, а для заземления нагрузок имеется отдельный провод PEN.

Все эти решения следует рассматривать только в случае необходимости. В качестве основного типа заземления, которое характеризуется низким напряжением, выступает напряжение до одной тысячи вольт. В этом случае используется система TN. Он включает в себя три поджанра. Они также имеют буквенную аббревиатуру (буквенное обозначение систем заземления):

Эти термины необходимо расшифровать.

Таблица 1.

C	S	C-S
В этом случае нулевой защитный проводник и рабочий проводник объединяются в один проводник по всей длине (PEN-проводник).	Нейтральный рабочий проводник (N) и нейтральный защитный проводник (PE) разделены.	На данном участке сети PEN-проводник будет разделен на два отдельных PE- и N-проводника.

Поэтому эти три подтипа следует рассмотреть более подробно.

Система заземления TN-C

Система заземления TN-C широко используется в странах бывшего Советского Союза. И она есть практически во всех многоквартирных домах, называемых домами высших партий.

В этой системе два нулевых проводника (защитный и рабочий) объединены в один проводник под названием PEN. Затем провод прокладывается к распределительному щиту в доме.

В этом случае существующая система выглядит следующим образом:

Схема системы заземления системы TN-C

Из этой схемы видно, что существует 2 типа проводки:

Однофазный – имеет два провода;
Трехфазный – имеет четыре проводника.

В этом случае столь распространенная сейчас евророзетка с заземлением просто бесполезна. Потому что его не с чем соединить. Обычно такой тип соединения называют заземлением.

Плюс TN-C в том, что он очень простой и дешевый. Такое заземление защищает только от сверхтоков, в этом случае срабатывают автоматические выключатели.

Однако прерыватели замыкания на землю не могут быть использованы.

Опасность такого типа заземления заключается в том, что однофазное короткое замыкание часто приводит к возгоранию проводников.

Однако существует еще большая опасность разрушения PEN-проводника, также известная как нулевой ожог. В этом случае фазное напряжение появляется на корпусе электроприбора.

Такая ситуация возникает из-за превышения норм потребления, указанных в проекте.

Использование этого типа заземления теперь запрещено для нового строительства.

Система заземления TN-S

Система заземления TN-S. В этой системе нейтральные проводники разделены по всему пути их следования. Проще говоря, перед потребителем в доме или квартире прокладываются два провода. Это рабочая нейтраль (N) и защитная нейтраль (PE). В таких сетях также существует опасность замыкания на корпус электрооборудования, что опасно для жизни.

Схема выглядит следующим образом:

Схема системы заземления TN-S.

Однако, в отличие от заземления TN-C, можно также использовать устройство остаточного тока (УЗО). Это делает систему более безопасной.

В этой системе обрыв нулевой последовательности рабочего напряжения не приводит к возврату фазного напряжения на землю. Основным недостатком TN-S является его дороговизна. В основном он используется в странах Западной Европы, особенно в Великобритании.

Схема заземления TN-C-S

Были предприняты усилия, чтобы сделать систему TN-C более безопасной, не делая ее слишком дорогой. Это привело к созданию системы, объединяющей TN-C и TN-S. В этой системе имеется один общий PEN-проводник до входа в здание, который разделяется на два отдельных нуля, защитный и рабочий проводник. Они снова заземлены.

К сожалению, в России и СНГ система TN-C была модернизирована относительно недавно. Но в большинстве западных стран и США такие изменения были систематическими и начались в 1960-х годах. В системе заземления TN-C-S однофазная система имеет три проводника, а трехфазная – пять проводников.

Схема подключения заземляющего устройства TN-C-S (если это невозможно, используется заземление TT):

Схема системы заземления TN-C-S

В этом случае три провода подключаются к розетке в квартире. Это позволяет подключить заземляющий контакт евророзетки. Если в секции TN-S используется прерыватель замыкания на землю, это обеспечивает хорошую безопасность.

С другой стороны, в секции TN-C возможно перегорание нейтрали и появление фазного напряжения. В этой ситуации необходимо использовать дополнительную систему выравнивания потенциалов.

Но, к сожалению, не все применяют это при замене старого дома.

Основным рабочим документом, определяющим разделение типов заземлений в России, является ПУЭ (в частности, пункт 1.7). В нем описаны характеристики, которые используются для различения существующих систем заземления. Их аббревиатуры основаны на сочетании первых букв слов “Terre”, “Neuter”, “Isole”, что переводится с французского как “земля”, “нейтральный” и “изолированный”.

Что такое нейтралитет

Чтобы понять, чем отличаются различные методы заземления, важно понять, что является нейтралью в любой электрической системе.

Его наличие в составе комплекса проводников, обеспечивающих передачу электроэнергии от подстанции к потребителю, обусловлено следующими обстоятельствами:

В трехфазной системе компоненты тока в каждой фазе теоретически должны быть одинаковой величины;
При протекании через обратную ветвь, называемую нейтральной, благодаря векторному сложению (три фазы сдвинуты на 120 градусов относительно друг друга), они должны фактически аннулировать друг друга;
В действительности, из-за перекоса фаз, вызванного неравномерным распределением нагрузки, обратная составляющая тока через этот проводник постоянно ненулевая.

Важно! Кроме того, перекос может быть значительным, что заставляет уделять особое внимание нейтральному проводнику.

Общая толщина нейтрального проводника, в частности, не должна быть меньше половины сечения фазных шин. В противном случае из-за высоких токовых нагрузок часто возникает такое неприятное явление, как “выгорание нуля”. По этой причине нельзя устанавливать защитные устройства в нулевой проводник, что может привести к его обрыву в случае перегрузок.

Но проводимость земли сильно варьируется в зависимости от типа почвы и местоположения, поэтому невозможно стандартизировать ее проводимость там, где электрические заряды рассеиваются этими объектами. Кроме того, использование металлических фитингов, труб и ферм приводит к ускоренной коррозии и ухудшению их прочностных характеристик. По этой причине при эксплуатации электрооборудования нельзя использовать естественное заземление.

Системы с глухо заземленным нейтральным проводником

Система TN C была впервые разработана компанией AEG в начале 20-го века. Классической формой является обычная система электроснабжения с тремя фазными проводами и одним нейтральным проводом. Это одновременно функциональный (N) и защитный (PE) “ноль”, который надежно заземлен. Все корпуса и доступные токопроводящие части оборудования подключены к нему. Наибольшая проблема для системы возникает при обрыве нейтрального проводника, когда на активных частях корпусов оборудования появляется сетевое напряжение, в 1,73 раза превышающее фазное. При нормальной работе контакт фазного провода с корпусом вызовет короткое замыкание, но благодаря специальным устройствам произойдет мгновенное отключение, что защитит людей от поражения электрическим током. В странах СНГ схема заземления TN C используется для наружного освещения и в зданиях, построенных до 1990-х годов.

Система TN-S

Самая надежная и безопасная система заземления TN-S была разработана еще до Второй мировой войны. Его главной особенностью является раздельное использование проводников рабочей и защитной нейтрали, начиная от генератора. Для трехфазного питания используется пять проводников, для однофазного – три. Электробезопасность обеспечивается практическим резервированием защитного проводника. Независимо от места разрыва N-проводника, система остается относительно безопасной. Позже благодаря этому методу заземления была разработана дифференциальная автоматика.

ГОСТ P50571 и новая редакция ПУЭ предписывают использование системы TN-S при электроснабжении новых зданий, при капитальном ремонте зданий. Однако его широкому использованию препятствуют высокая стоимость и тот факт, что весь российский энергетический сектор работает на основе четырехпроводной системы электроснабжения.

Система TN-C-S

Компромиссным вариантом является система TN-C-S, которая обладает преимуществами TN-S, но значительно дешевле по стоимости. Идея заключается в том, что питание от трансформатора осуществляется через объединенный нейтральный проводник “PEN”, который плотно заземлен. Провод PEN разделяется на защитную нейтраль и рабочую нейтраль после ввода в здание, но разделение возможно и до ввода в здание. Если провод PEN оборван между электростанцией и зданием, на корпусах электроустановок появится опасное напряжение. Поэтому в системе заземления TN C S предусмотрены специальные меры для защиты PEN-проводника.

Система TT

Наиболее экономичным способом подачи электроэнергии в сельской местности являются воздушные линии. Система TN-S, как наиболее безопасная, является дорогостоящей, а в системах заземления TN-C и TN-C-S трудно надежно защитить нулевой проводник PEN. По этой причине часто используется система TT с заземленным нейтральным проводником на источнике питания. В случае трехфазного электроснабжения система работает в четырехпроводной системе с одним нейтральным проводником.

Вблизи токоприемника выполняется местное заземление, к которому подключаются токоведущие части и корпуса приборов. В случае обрыва нулевого провода, что не редкость за городом, на корпусе прибора не возникает опасного напряжения благодаря местному заземлению. В городских районах система TT используется для питания временных зданий, где необходимо установить отключающие устройства и обеспечить молниезащиту.

ИТ-система

Это система, в которой нейтральный проводник полностью изолирован от земли или соединен с ней через высокое сопротивление, а потребитель энергии имеет собственное защитное заземление. Все токопроводящие части оборудования надежно заземлены. Система IT используется в электроустановках объектов с повышенными требованиями к безопасности, например, больниц для медицинского оборудования, шахт и карьеров. В переносных электростанциях также используются изолированные нулевые провода, что позволяет использовать подключенное оборудование без заземления. В прошлом IT-система также широко использовалась для энергоснабжения деревянных домов. В Советском Союзе из-за отсутствия заземления в домах долгое время использовались сети 127/220 В с изолированными нулевыми проводами. От этого отказались с введением панельного домостроения.

Сами заземляющие устройства раньше выглядели как набор трехметровых стальных стержней, заглубленных на несколько метров в землю, вершины которых соединялись стальной лентой. Полученный огромный контактный элемент проверялся на сопротивление, и если оно превышало стандартное значение, вкапывались дополнительные стержни до достижения желаемого результата. Недостатками этого решения были большая площадь поверхности и недостаточная коррозионная стойкость. Современные системы заземления лишены этих недостатков. В их основе лежат стальные стержни с медным покрытием, которые можно соединить с латунными рукавами и загнать на глубину 50 метров. Сверху они соединены медной лентой. Благодаря такой конструкции они могут быть установлены в любой тип почвы, не требуют земляных работ и занимают мало места.

Благодаря таким заземлениям и системам заземления обеспечивается электробезопасность людей.

Важно! В системах заземления TN-S и TN-C-S розетки соединяются трехжильным кабелем. К заземляющему контакту подключается желтый или желто-зеленый изолированный провод.

Это почти система TN. Однако проводники защитного (PE) и рабочего (N) заземления объединяются в один проводник (PEN) для всей линии от трансформатора до установки.

Это почти система TN. Однако, в отличие от TNC, проводники N и PE не соединены друг с другом, а разделены по всей линии от трансформатора до установки.

TNCS означает, что проводники PE и N соединены только на участке линии.

системы заземления tn-c-s

Информационная система

Системы заземления TN-S, TN-C, TNC-S, TT, IT

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленных и бытовых электроприборов и сетей электроосвещения одним из основных факторов, обеспечивающих их функциональность и электробезопасность, является тщательно продуманная и правильно выполненная система заземления. Основные требования к системам заземления можно найти в Кодексе по электроустановкам (CIE). Различают естественное заземление и искусственное заземление в зависимости от способа и метода присоединения заземляющих конструкций, оборудования или предметов к соответствующим проводникам, корпусам аппаратов, приборам или конкретным точкам сети.

Естественное заземление – это любой металлический предмет, постоянно находящийся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, поскольку электрическое сопротивление токам заземления и электрическим зарядам от таких объектов трудно контролировать и прогнозировать, использование естественного заземления при эксплуатации электрооборудования запрещено. Правила предусматривают использование только искусственного заземления, при этом все соединения должны быть выполнены с предусмотренным для этой цели заземляющим устройством.

Сопротивление системы заземления – это основная стандартизированная величина, определяющая, качественная система заземления или нет. Измеряется сопротивление току, протекающему на землю через заземленное устройство. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния земли, а также от особенностей конструкции и материалов заземлителя. Решающим фактором, влияющим на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления, является ПУЭ, разработанный в соответствии с принципами, классификациями и методами систем заземления, утвержденными специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления обычно обозначаются комбинацией первых букв французских слов: “Терре” – Земля, “Матка” – нейтральный, “Isole” – изолированный, и английские слова: “объединенные” и “разделенные” – объединенные и разделенные.

T – заземление.
N – подключение к нейтральному проводнику.
I – изоляция.
C – функциональное подключение, подключение функционального и защитного нулевого проводника.
S – Раздельное использование функциональных и защитных нейтральных проводников во всей сети.

В названиях систем искусственного заземления, приведенных ниже, первая буква обозначает способ заземления источника электроэнергии (генератора или трансформатора), а вторая – способ заземления потребителя. Принято различать системы заземления TN, TT и IT. Первая поставляется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для того чтобы понять различия и методы построения перечисленных систем заземления, необходимо более подробно проанализировать каждую из них.

Системы с непосредственно заземленной нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение для систем, использующих общую глухую нейтраль генератора или понижающего трансформатора для соединения функционального и защитного нейтрального проводника. В этом случае все корпусные токопроводящие части и экраны потребителей должны быть подключены к общему нейтральному проводнику, соединенному с этим нейтральным проводником. Согласно ГОСТ P50571.2-94, нейтральные проводники различных типов также обозначаются латинскими буквами:

N – функциональный “ноль”;
PE – защитный “ноль”;
PEN – подключение функционального и защитного нулевого проводника.

Система заземления TN, построенная с использованием глухого заземления нейтрали, характеризуется подключением функциональной “нейтрали” – N (нейтрального) проводника – к контуру заземления вблизи трансформаторной подстанции. Конечно, в этой системе не используется заземление нейтрали с помощью специального компенсирующего устройства, например, дугогасительного дросселя. На практике используются три подкласса системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются способом соединения нейтральных проводов “N” и “PE”.

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, система TN-C характеризуется соединением функционального нулевого провода с защитным нулевым проводом. Классическая система TN-C – это традиционная четырехпроводная система с тремя фазными и одним нулевым проводником. Основным заземляющим проводником в этом случае является нейтраль без напряжения, к которой все открытые части, корпуса и металлические детали оборудования, способные проводить электричество, должны быть подключены дополнительными нейтральными проводниками.

Эта система имеет несколько существенных недостатков, главным из которых является потеря защитной функции в случае обрыва или перегорания нейтрального проводника. В этом случае на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появляются опасные для жизни напряжения. Поскольку в этой системе не используется отдельный защитный проводник PE, все подключенные розетки не заземлены. Поэтому используемое электрооборудование должно быть заземлено – части тела должны быть соединены с нулевым проводом.

Если фазный провод коснется корпуса таким образом, предохранитель сработает из-за короткого замыкания, и риск поражения людей электрическим током или возгорания искрящего оборудования будет устранен путем быстрого аварийного отключения. Важным ограничением на обязательное заземление бытовых приборов, о котором должны знать все люди, проживающие в помещениях, оборудованных системой TN-C, является запрет на использование дополнительного уравнительного заземления в ванных комнатах.

Сегодня эта система все еще используется в старых жилых домах, а также в системах уличного освещения, где риски сведены к минимуму.

Система TN-S

Более прогрессивная и безопасная система, чем TN-C, TN-S, с разделенными рабочим и защитным напряжениями, была разработана и внедрена в 1930-х годах. При высоком уровне электробезопасности для людей и оборудования это решение имеет один, но довольно существенный недостаток – высокую стоимость. Поскольку разделение нулевого рабочего (N) и защитного (PE) проводников осуществляется непосредственно на подстанции, трехфазное напряжение подается по пяти проводникам, а однофазное – по трем. Глухая нейтральная точка генератора или трансформатора используется для соединения обоих нейтральных проводников на стороне источника.

ГОСТ Р50571 и действующее издание ПУЭ требуют применения системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности, на всех критически важных объектах и строящихся или капитально ремонтируемых зданиях. К сожалению, высокий уровень стоимости и ориентация российской энергетики на четырехпроводные трехфазные схемы питания препятствуют широкому использованию и внедрению TN-S.

Система TN-C-S

Для снижения стоимости оптимальной по безопасности, но дорогостоящей системы TN-S с разделенными нейтральными проводниками N и PE было разработано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим стоимость питания TN-C. Суть данного способа подключения заключается в том, что электроэнергия подается от подстанции с помощью комбинированного нейтрального проводника “PEN”, соединенного с глухим нейтральным проводником. На входе в здание он разветвляется на защитный проводник “PE” и другой проводник, выполняющий функцию рабочего заземления “N” на стороне потребителя.

Эта система имеет существенный недостаток – если PEN-провод между трансформаторной подстанцией и зданием поврежден или перегорел, то на PE-проводе, а значит, и на корпусах всего связанного с ним оборудования появится опасное напряжение. Для системы TN-C-S, которая является довольно распространенной, правила требуют специальных мер для защиты PEN-проводника от повреждений.

Система заземления TT

При использовании традиционных воздушных линий электропередачи в сельских и пригородных районах трудно обеспечить надлежащую защиту PEN-проводника составного заземления для системы TN-C-S, что небезопасно. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает “глухое” заземление нейтрали источника и передачу трехфазного напряжения на четыре проводника. Четвертый – “N” – функциональный нейтральный. Со стороны потребителя выполняется местное, обычно модульное, заземление, к которому подключаются все защитные заземляющие проводники PE, связанные с компонентами шкафа.

Для такого типа заземления необходимо использовать защитные разъединители, а также технические меры молниезащиты.

Системы с изолированной нейтральной точкой

Во всех описанных выше системах нейтральная точка соединена с землей, что делает их достаточно надежными, но также имеет ряд серьезных недостатков. Гораздо лучше и безопаснее системы, в которых нейтральная точка либо полностью отключена от земли, либо заземлена с помощью специальных высокоомных приборов и устройств. Например, как в IT-системе. Этот тип соединения часто используется в медицинских учреждениях для питания оборудования жизнеобеспечения, на нефтеперерабатывающих заводах, электростанциях, в исследовательских лабораториях с особо чувствительной аппаратурой и других чувствительных установках.

ИТ-система

Классическая система, главной особенностью которой является изолированная нейтраль источника – “I” – и наличие контура защитного заземления – “T” – на стороне потребителя. Напряжение от источника к потребителю передается по как можно меньшему количеству проводников, и все токопроводящие части корпуса оборудования потребителя должны быть надежно соединены с заземляющим проводником. В архитектуре ИТ-системы нет нейтрального N-функционального кабеля между источником и потребителем.

Надежное заземление – гарантия безопасности

Все существующие схемы заземления предназначены для обеспечения безопасной и надежной работы электроприборов и оборудования, подключенных со стороны потребителя, а также для предотвращения поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и строительстве систем энергоснабжения, в которых функциональное и защитное заземление является неотъемлемым компонентом, необходимо минимизировать возможность возникновения опасных для жизни и здоровья напряжений на токопроводящих корпусах промышленного оборудования и приборов.

Система заземления должна либо снимать опасный потенциал с поверхности объекта, либо обеспечивать срабатывание соответствующих защитных устройств с минимально возможной задержкой. В каждом конкретном случае ценой технического совершенства или, напротив, неадекватности используемой системы заземления может стать самое дорогое – человеческая жизнь.

Читайте далее: