Способы заземления электроустановок потребителей

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

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Виды систем искусственного заземления

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» — комбинированный и раздельный.

• T — заземление.
• N — подключение к нейтрали.
• I — изолирование.
• C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
• S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

• N — функциональный «ноль»;
• PE — защитный «ноль»;
• PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Система заземления TN-C

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S

Система заземления TN-S

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S

Система заземления TN-C-S

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» — ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

Система заземления TT

Система заземления TT

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное — жизнь человека.

Источник

Виды и правила заземления электроустановок

Работа с электроприборами, не подключенными к заземляющему контуру или заземленными с нарушением правил электробезопасности, может стать причиной несчастных случаев на производстве. Также это приводит к выходу из строя как самих электроустановок, так и сопутствующего защитного и измерительного оборудования. Правильно подключенное защитное заземление электроустановок обеспечит их защиту в случае выхода из строя изоляции токоведущих частей.

Общие сведения

Заземлением называется мероприятие по созданию контакта между корпусом электроустановки и землей, с целью защиты обслуживающего персонала и электроустановок. В случае правильного подключения системы заземления электроустановок, при пробое изоляции, большая часть тока уйдет по заземляющему контуру, который имеет меньшее сопротивление, чем другие элементы цепи.

Согласно правилам безопасности, электроустановки и другие приборы, которые подлежат заземлению, можно подключить к естественным заземлителям. В их качестве используют:

• имеющие непосредственный контакт с землей металлические каркасы помещений;
• металлическую защитную обмотку кабелей, закопанных в землю;
• проложенные в земле металлические трубы (за исключением трубопроводов с горючими смесями);
• железнодорожные рельсы.

Подключение таких конструкций к электроустановкам позволяет снизить затраты на оборудование заземления.

Важность сопротивления

Основным параметром эффективности заземления электроустановок является величина электрического сопротивления.

Согласно нормам ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) сопротивление заземлителя на жилых объектах с напряжением сети 220 и 380 Вольт, должно составлять не более чем 30 Ом.

Сопротивление промышленного оборудования (трансформаторных подстанций, генераторов, сварочного оборудования и других приборов) не более чем 4 Ом.
Чтобы достигнуть заданного в ПУЭ значения сопротивления, необходимо обеспечить заземляющее устройство высокой проводимостью. Для увеличения проводимости заземлителя в электроустановках и уменьшения его сопротивления необходимо выполнить одно из условий.

Во-первых, можно увеличить площадь соприкосновения заземляющего контура с землей. Достигается или увеличением площади металлической рамки заземлителя или помещением в грунт дополнительных стальных прутьев.

Во-вторых, можно повысить проводимость земли в месте установки заземлителя. Сопротивление повышается, если грунт поливать соляным раствором.

Еще один способ заключается в замене кабеля, идущего от корпуса электроприбора к контуру заземлителя, на кабель, имеющий большую токопроводимость.

Защита электроприборов

Для обеспечения необходимой защиты от поражения электрическим током применяются следующие защитные мероприятия:

• установка защитных ограждений;
• надежная изоляция всех токоведущих элементов;
• защитные оболочки;
• ограничение зоны досягаемости;
• по возможности, использование малого напряжения.

На случай пробоев и изоляции и утечки напряжения на корпус электрооборудования применяются такие методы защиты, как заземление, выравнивание потенциалов, дополнительная изоляция токоведущих частей оборудования. В некоторых случаях требуется установка изолирующих (непроводящих электричество) помещений.

В случаях, когда наряду с заземлением применяются другие меры защиты от поражения электрическим током, они не должны оказывать друг на друга негативного влияния и снижать эффективность защиты оборудования и персонала.

Применение естественных элементов заземления возможно только в том случае, если исключается возможность нанесения им какого-либо ущерба, вследствие протекания по ним электрического тока.

Требования к электробезопасности

Если различные виды электроустановок располагаются на смежной территории, следует использовать одно общее заземляющее устройство, отвечающее всем необходимым параметрам безопасности.

Заземляющее устройство, применяемое для защиты электрического оборудования имеющее одно или разное назначение, в обязательном порядке должно соответствовать правилам безопасности. Каждое требование, предъявляемое к устройству заземления электроустановок, должно соблюдаться.

Для соединения заземляющего контура различного электрического оборудования в одну общую заземляющую сеть, можно применять как естественные, так и искусственные заземляющие устройства.

Пиковое значение напряжения утечки и сопротивление заземляющей сети должно отвечать требованиям электробезопасности и обеспечивать надежную защиту при любых атмосферных явлениях, и в любое время года. При расчете сопротивления заземляющих устройств, следует учитывать параметры всех естественных и искусственных заземлителей.

Все элементы схемы заземления должны быть устойчивы к внешним механическим воздействиям, влиянию высокой температуры и любых атмосферных явлений.

Основные типы

Согласно ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) существуют система заземления ТN (включающая в себя группы TN-C, TN-S, TN-C-S), TT и IT.
Латинские буквы в обозначении имеют следующее значение:

• Т – источник питания соединен с землей;
• S – размыкание осуществляется разными проводниками;
• N – нейтраль;
• C – размыкаются одним проводником;
• I – изолированная токоведущая часть.

Зная, что означает каждая буква обозначения, можно определить устройство и принцип работы заземляющего устройства, к которому подключается электрооборудование.

Система ТN

Наиболее часто встречающаяся система защитного заземления. Главной ее особенностью служит наличие заземленной «наглухо» нейтрали питающей сети. Иными словами, нулевой выход питающей сети напрямую соединен с заземляющим контуром.

TN-C – данная система заземления широко применялась при постройке старых жилых помещений, а в наше время не используется при строительстве домов, так как является устаревшей и не отвечает всем стандартам безопасности. Такой вид заземления электроприборов применяется в трехфазных сетях с четырехжильным кабелем и однофазных сетях с кабелями имеющими две жилы. Главным недостатком данного типа, является отсутствие в кабелях защитной жилы заземления.

TN-S – система, часто используется для подключения зданий к электрической сети. Имеет наивысшую степень защиты, среди всех систем заземления. Нулевой и рабочий проводник, в этой системе, прокладываются отдельно друг от друга, при этом защитный проводник соединяется со всеми токоведущими частями зачищаемого оборудования. К недостаткам этого вида заземления модно отнести необходимость прокладки дополнительного кабеля.

TN-C-S – в этой системе, жила защитного проводника соединена с нейтральной рабочий жилой. Согласно правили электробезопасности, для системы TN-C-S требуется установка дополнительного заземления.

Система TT

Эта система широко применяется для обеспечения электробезопасности питающих подстанций и установок, имеющих отдельное заземляющее устройство. Часто используется для защиты отдельно стоящих помещений (гаражи, ларьки, ангары и другие сооружения).

Система IT

Источник питания в данной системе изолирован воздушной прослойкой или соединен элементом с большим сопротивлением, что позволяет существенно снизить ток утечки. Система заземления типа IT наиболее часто применяется в медицинских заведениях и лабораториях, для обеспечения корректной работы высокоточных, чувствительных к скачкам напряжения приборов.

Разница между заземлением и занулением

Заземление и зануление электроустановок – это схожие понятия, но имеющие одно отличие.

При использовании заземлителя защита обеспечивается снижением напряжения в токоведущей части. А при занулении защитное действие заключается в мгновенном отключении подачи напряжения в вышедшем из строя участке сети.

Обязательной является установка заземления во всех электроустановках, где нейтраль заизолирована. В том случае когда электроприбор имеет глухозаземленную нейтраль, а напряжение в рабочей сети до 1000 В, можно обойтись только одним занулением.

Правила расчета

Расчет защитного заземления необходимо производить для того, чтобы правильно определить параметры заземляющего контура, такие как его тип, форма, площадь, размеры, количество заземлителей и расстояние между ними. Все эти параметры, вместе со значением токопроводимости грунта, напрямую влияют на суммарное значение сопротивления системы заземления.

Расчет заземляющего устройства производится в обязательном порядке перед началом монтажа контура.

При расчете защитного заземления, обращают особое внимание на значение удельного сопротивления земли. Для расчетов необходимо принимать то его значение, которое соответствует наиболее неблагоприятным сезонным условиям.

Правила установки переносного вида

Переносное заземление устанавливается при временных работах по обслуживанию или ремонту электрооборудования. Монтаж защитного заземления разрешается осуществлять только после проверки на отсутствие напряжения в цепи.

Защитное заземление, предназначенное для защиты работающего на линии персонала от поражения током в случае ошибочного включения напряжения, в обязательном порядке устанавливается на все отключенные фазы, со всех сторон, с которых может быть подано напряжение.

Монтаж переносного заземления в электроустановках с напряжением более 1000 Вольт разрешается производить персоналу имеющему группу электробезопасности не ниже четвертой, а в установках до 1000 Вольт – не ниже третей.

Запрещается использовать в качестве заземляющих элементов детали, которые не предназначены для этого, также запрещается соединять элементы заземления методом скрутки.

Источник