Система заземления TN-C-S. Правила подключения в щите учета частного дома?

Суть заземления

Для чего нужно заземление, если и без него всё прекрасно работает? Более того, в нормальном режиме по проводу защитного заземления ток вообще не протекает.

Тут ключевое слово – “защитное”. Кого и от чего защищает заземление? Оно защищает человеческие тела от воздействия электрического тока. А от чего защищает – от того, чтобы опасное напряжение ни в коем случае не появилось на теле человека, и через человека не пошёл ток.

Представим ситуацию. Есть некий электрический прибор, например утюг. Утюг подключается через вот такую вилку.

Старая вилка без заземляющего контакта

Читатели постарше отлично помнят такие, они постоянно раскручивались, а прикрутить к ним гибкий провод было мучением.

Корпус утюга частично металлический. Что будет, если вдруг фаза попадет на корпус? В принципе ничего, утюг даже может продолжать работать. Но его корпус будет находиться под потенциалом 220В относительно земли. А поскольку все мы ходим по земле, то притронувшись к металлическому корпусу такого утюга, через нас пойдёт ток.

А дальше – как повезёт. Если кожа и пол сухие – просто немного дёрнет…

Но если  корпус утюга будет заземлён, то когда фазный провод попадёт на корпус, он соединится с заземлением, и уйдёт в землю. При этом произойдёт фактически короткое замыкание, и выбьет защитный автомат данной линии. А корпус как был под нулевым потенциалом, так и останется.

Иными словами, если фаза вдруг попадёт на корпус прибора, это уже не проблема человека. Это проблема самого прибора и защитного автомата, который должен отключить этот прибор от фазного провода.

Почему защитный автомат отключится? Если фазный провод попадает на защитный (заземляющий) проводник,  это равносильно короткому замыканию, то есть максимально возможному току в схеме. И автомат сработает по электромагнитной защите.

Напоминаю, что есть время-токовая характеристика автоматического выключателя, и при КЗ автомат будет работать в правой зоне характеристики, где время отключения стремится к нулю. Подробнее – в моей статье про выбор защитного автомата.

То есть, ток в проводе защитного заземления течёт только в момент аварии, в остальное время он бесполезен. Поэтому раньше на нём экономили, и использовали двухпроводную систему питания, в которой есть только ноль и фаза.

Разновидности систем заземлений

Можно выделить следующие три системы, а также еще три подсистемы заземлений:

• Система TN:  подсистемы TN-C, TN-S, TN-C-S.
• Система ТТ.
• Система IT.

Международная классификация  систем заземлений обозначается заглавными буквами. Первая буква указывает на характер ЗАЗЕМЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ , вторая – на характер ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ.

Какая из систем надежно защищает?

Аббревиатура букв расшифровывается так:

• T (terre — земля) — заземлено;
• N (neuter — нейтраль) — присоединено к нейтрали источника (занулено);
• I (isole) — изолировано.

В ГОСТ введены обозначения нулевых проводников:

• N — нулевой рабочий проводник;
• PE — нулевой защитный проводник;
• PEN — совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник заземления.

Что собой представляет система TN-C-S

Модернизация схем электроснабжения всех жилых зданий страны и приведение их в соответствие с требованием ПУЭ для системы TN-S, обеспечивающей максимальную защиту, потребует полной замены всех линий электропередач 0,4кВ и будет стоить очень дорого. Поэтому вместо схемы TN-S в жилых домах при подключении к электросети применяется система заземления TN-C-S.

Особенность этой схемы в том, что на участке от трансформаторной подстанции до ввода в здание сохраняется существующая линия электропередач с проводником PEN, а все работы по модернизации производятся в здании:

1. 1. В водном щите происходит разделение провода PEN на два проводника – заземление PE и нейтраль N;
2. 2. Шина (ГЗШ) на которой выполнено разделение, подключается к контуру заземления здания;
3. 3. В подъезде ко всем квартирам подводится заземляющие провода РЕ;
4. 4. Производится модернизация или замена внутриквартирной электропроводки с двухпроводной (L,N) на трёхпроводную (L,N,PE) или, при трёхфазном питании, с четырёхпроводной (A,B,C,N) на пятипроводную (A,B,C,N,PE).

Расшифровка TN-C-S системы

Как и у многих других схем и электротехнических элементов у системы заземления TN-C-S расшифровка названия показывает на её основные особенности:

1. Т (лат. terra) – нейтраль питающего трансформатора соединена с контуром заземления подстанции;
2. N – нейтраль источника питания соединена с воздушной или кабельной линией электропередач;
3. С (англ. combined) – в одном проводе PEN совмещаются проводники PE и N;
4. S (англ. separated) – наличие разделённых нулевого N и заземляющего PE проводов.

Присутствие в названии букв С и S указывает на то, что в линии есть как общие, так и разделённые участки.

Причины широкого распространения типа заземления системы TN-C-S

Тип заземления системы TN-C-S получил широкое распространение в электроустановках жилых зданий, что обусловлено рядом причин:

• Во-первых, для реализации системы TN-C-S возможно использование существующих низковольтных распределительных электрических сетей без проведения их реконструкции.
• Во-вторых, систему TN-C-S можно рассматривать как логическое развитие системы TN-C. Поэтому электроустановки здания, соответствующие типу заземления системы TN-C-S, можно рассматривать как один из вариантов «модернизации» низковольтных электроустановок, получивших повсеместное распространение на территории нашей страны. Проектировщикам, электромонтажникам и персоналу, обслуживающему электроустановки зданий, сравнительно легко понять логическую трансформацию системы TN-C в систему TN-C-S, а также основные требования, которыми следует руководствоваться при выполнении защитных проводников в электроустановках зданий, имеющих этот тип заземления системы.
• В-третьих, в электрических цепях электроустановок зданий, соответствующих типу заземления системы TN-C-S, которые защищены устройствами дифференциального тока (УДТ), достаточно легко выявить ошибки, допущенные при соединении защитных и нейтральных проводников электропроводок. УДТ будут без какой-либо причины отключать защищаемые ими электрические цепи, сигнализируя о следующих ошибках, допущенных при выполнении монтажа проводников электропроводок:
• — присоединении нейтральных проводников к открытым проводящим частям электрооборудования класса I;
• — присоединении защитных проводников к зажимам электрооборудования, предназначенным для подключения нейтральных проводников;
• — электрическом соединении между собой защитных проводников и нейтральных проводников.

• В-четвёртых, при типах заземления системы TN ток замыкания на землю, протекающий в аварийной электрической цепи с фазного проводника на открытую проводящую часть и защитный проводник, может быть равным току однофазного короткого замыкания. Поэтому в составе такой меры защиты от поражения электрическим током, как автоматическое отключение питания, возможно использование устройств защиты от сверхтока — автоматических выключателей и плавких предохранителей. Однако в некоторых случаях нельзя обеспечить нормируемое время отключения с помощью устройств защиты от сверхтока. Тогда автоматическое отключение питания следует производить с помощью УДТ.

При применении типа заземления системы TN-C-S в электроустановках зданий можно обеспечить более высокий уровень электрической безопасности, чем при использовании типа заземления системы TN-C. Больший уровень электробезопасности, прежде всего, достигается вследствие использования в электроустановках зданий отдельных защитных проводников, по которым в нормальных условиях протекают токи утечки. Их значения существенно меньшие значений токов нагрузки, которые обычно протекают по PEN-проводникам. Незначительные электрические токи оказывают меньшее негативное воздействие на электрические контакты в цепях защитных проводников. Поэтому вероятность потери непрерывности электрической цепи у защитного проводника существенно меньше, чем у PEN-проводника.

При необходимости повысить уровень электробезопасности электроустановку здания следует выполнить с типом заземления системы TN-S. Это потребует строительства новой или реконструкции существующей низковольтной линии электропередачи.

В настоящее время систему TN-C-S повсеместно применяют на территории нашей страны. Для реализации системы TN-C-S используют существующие и новые низковольтные распределительные электрические сети, воздушные и кабельные линии электропередачи которых имеют три фазных проводника и PEN-проводник. На основе этих сетей можно также реализовать системы TN-C и TT.

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 на трансформаторной подстанции (в начале линии), а на вводе в здание, у потребителя, 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 цепях 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 проводники PE и N ЗАПРЕЩАЕТСЯ!

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, должны иметь заземление TN-S с отдельными проводами PE и N либо более дешёвого типа TN-C-S с разделением PEN-провода.

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 контакте 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;
• 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.

Как выполнить тип заземления системы TN-C-S?

Для электроустановки индивидуального жилого дома.

Выполнить тип заземления системы TN-C-S для электроустановки индивидуального жилого дома достаточно просто. Разделение PEN-проводника следует произвести на вводных зажимах ВРУ (см. рисунок 1 статьи). Далее во всей электроустановке здания следует применять два проводника: защитный и нейтральный, которые не должны иметь ни преднамеренного, ни случайного электрического соединения между собой за точкой разделения PEN-проводника.

Электроустановку индивидуального жилого дома обычно подключают к низковольтной распределительной электрической сети. PEN-проводник линии электропередачи следует разделять на вводе в электроустановку индивидуального жилого дома (рис. 1). Подробнее о ВРУ см. статью «Как собрать трехфазное ВРУ для частного дома?«.

Для электроустановки вновь сооружаемых многоквартирных жилых зданий.

В электроустановках вновь сооружаемых многоквартирных жилых зданий тип заземления системы TN-C-S может быть реализован только одним способом, предусматривающим разделение PEN-проводника линии электропередачи на вводе в электроустановку здания, а именно на вводных зажимах ВРУ (см. рисунок 3).

Рис. 3. Электроустановка жилого многоквартирного здания, соответствующая типу заземления системы TN-C-S. PEN-проводник разделён в ВРУ (на основе рисунка 2.15 из книги [1] автора Харечко Ю.В.)

Для существующих электроустановок многоквартирных жилых зданий.

В существующих электроустановках многоквартирных жилых зданий тип заземления системы TN-C-S мог быть выполнен иначе. Например, PEN-проводники электрических стояков могли быть разделены на защитные и нейтральные проводники в этажных распределительных щитках (ЭРЩ), которые установлены на этажах жилого здания и подключены к электрическим стоякам (см. рисунок 4).

Рис. 4. Электроустановка жилого многоквартирного здания, соответствующая типу заземления системы TN-C-S. PEN проводник разделен в этажных распределительных щитках (на основе рисунка 2.16 из книги [1] автора Харечко Ю.В.)

На рисунках 3 и 4 обозначено:

1. заземляющее устройство источника питания;
2. заземляющее устройство электроустановки здания;
3. открытая проводящая часть.

Примечание из книги [1] автора Харечко Ю.В. — на рисунках 3 и 4 электроустановки квартир условно представлены в виде однофазных электроприёмников класса I.

В первом варианте электрический стояк (см. рисунок 3), входящий в состав распределительной электрической цепи и предназначенный для передачи электроэнергии от ВРУ до этажных распределительных щитков, должен иметь 5 проводников — 3 фазных проводника, нейтральный проводник и защитный проводник. Во втором варианте (см. рисунок 4) электрический стояк выполнен из 3 фазных проводников и PEN-проводника.

Первый вариант построения электрических цепей защитных проводников в электроустановках жилых зданий, соответствующих типу заземления системы TN-C-S, который предписан требованиями ГОСТ 30331.1-2013, является более предпочтительным с точки зрения обеспечения защиты от поражения электрическим током, чем второй вариант. Первым вариантом реализации типа заземления системы TN-C-S следует руководствоваться при реконструкции существующих электроустановок жилых зданий.

Другие примеры выполнения системы TN-C-S.

Рис. 5. Система TN-C-S однофазная двухпроводная, в которой PEL-проводник разделён на защитный проводник PE и заземлённый линейный проводник LE на вводе электроустановки
Рис. 6. Система TN-C-S однофазная двухпроводная с разделением PEL-проводника
Рис. 7. Система TN-C-S однофазная двухпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N на вводе электроустановки
Рис. 8. Система TN-C-S трехфазная трехпроводная, в которой PEL-проводник разделён на защитный проводник PE и заземленный линейный проводник LE на вводе электроустановки
Рис. 9. Система TN-C-S трехфазная трехпроводная, в которой PEL-проводник разделен на защитный проводник PE и заземленный линейный проводник LE где-то в электроустановке

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.

Достоинства и недостатки

Система заземления TN-C-S имеет преимущество перед другими типами защитных заземлений.

Она имеет простую конструкцию, которую легко смонтировать в любом здании. Эта работа имеет намного меньшую стоимость, чем монтаж схемы TN-S.

Она обеспечивает достаточно высокую степень защиты от поражения электрическим током, особенно при дополнительном использовании УЗО.

схема подключения заземления TN-C-Sсхема подключения заземления TN-C-S

Недостатком этой системы является попадание высокого напряжения на корпус оборудования при повреждении провода PEN на участке между зданием и трансформатором.

Для предотвращения таких ситуаций ПУЭ требует устанавливать прокладывать питающие кабеля в лотках, трубах или использовать бронированный кабель.

В воздушных линиях электропередач провод PEN периодически заземляется. Расстояние между заземлителями зависит от количества грозовых часов в год.

При соблюдении всех требований система TN-C-S является самой распространённой. Если же какие либо условия выполнить невозможно, то ПУЭ рекомендует использовать заземление типа ТТ.

Об обслуживании электроустановок жилых зданий

Однако в настоящее время система обслуживания электроустановок жилых зданий далека от совершенства. Она не создает непреодолимых препятствий свободному доступу жильцов к электрическим стоякам и ЭРЩ. Это обстоятельство может быть причиной осуществления некоторых негативных воздействий на электроустановку жилого здания, которые снижают уровень защиты от поражения электрическим током и, следовательно, уменьшают преимущества от применения первого варианта по сравнению со вторым вариантом.

При выполнении электромонтажных работ жильцами, которые являются обычными лицами, резко возрастает вероятность ошибочного подключения зажимов какого-либо электрооборудования, предназначенных для подключения нейтральных проводников, к защитному проводнику электрического стояка, а открытых проводящих частей электроприёмников класса I — к его нейтральному проводнику. Подобные ошибки также могут появиться и при замене существующих электропроводок в квартирах и их неправильном подключении к электрическим стоякам, когда защитные проводники электропроводок ошибочно присоединяют к нейтральным проводникам электрических стояков, а нейтральные проводники электропроводок — к их защитных проводникам.

Такие ошибки более вероятны в электроустановках жилых зданий, электрические стояки которых выполнены проводниками, не имеющими цветовой и буквенно-цифровой идентификации, соответствующей требованиям ГОСТ 33542-2015. Вероятность совершения ошибок ещё более увеличивается в тех случаях, когда при подключении к электрическим стоякам какого-либо электрооборудования или электрических цепей используют проводники, не имеющие надлежащей цветовой идентификации.

Существующее положении усугубляет низкая квалификация персонала, эксплуатирующего электроустановки жилых зданий. При проведении ими ремонтных и эксплуатационных работ в электроустановке жилого здания возможно ошибочное подключение защитных зажимов электрооборудования класса I и даже ЭРЩ к нейтральному проводнику электрического стояка, а их нейтральных зажимов — к защитному проводнику электрического стояка. То есть и неконтролируемая работа жильцов, и действия эксплуатационного персонала низкой квалификации могут привести к снижению уровня электрической безопасности.

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.

Вопрос-ответ

Теперь пройдемся по некоторым вопросам, касающимся заземления жилищ, которые часто задают люди.

Вопрос 1: Какой лучше использовать материал при установке заземлений?

Это важный вопрос, поскольку от этого зависит работоспособность всей сети.

Ответ:

Основными в заземлении являются контуры, которые обеспечивают отвод электрического тока и рассеивание его в землю.

Для создания контуров применяются изделия из металла или меди. Состоит он из вертикальных (электродов) и горизонтальных (обвязки) электродов.

Согласно ПУЭ в качестве вертикальных электродов можно использовать стальные пруты диаметром 16 мм.

Или же уголки сечением 100 мм и толщиной не менее 4 мм.

Подойдут и стальные трубы диаметром 32 мм, со стенками не менее 3,5 мм.

Если же материал изготовления электродов – медь, то можно использовать пруты диаметром 12 мм, трубы – 20 мм.

Для обвязки же подойдут стальные пруты на 10 мм или лента сечением 100 мм.

Что касается меди, то помимо прутов и труб для обвязки можно использовать медный многожильный трос сечением не менее 35 мм.

Что касается проводников, то для организации N и PEN-проводников должны использоваться медные провода сечением не менее 10 мм, и алюминиевые – не менее 16 мм.

Вопрос 2: Как распознать, какая система используется в доме?

Ответ:

Если нет возможности узнать в технической документации, какая из систем применена в доме, то можно узнать ее по определенным признакам.

Следует посмотреть на вводную проводку в ВРУ. Если при однофазной сети на ВРУ подходит 2 провода или 4 – при трехфазной сети, то это указывает на использование TN-C или TN-C-S.

Далее следует рассмотреть клемму подключения PEN-провода, если на ней происходит разделение проводки, то есть после ввода далее на квартиры идет отдельно N и PE-проводники, то это указывает на использование TN-C-S системы.

Если же количество входящих проводов на 1 больше (однофазная – 3 провода, а трехфазная – 5 проводов) – это означает, что в доме установлена система TN-S.

Вопрос 3: Если в доме используется система TN-C, можно ли ее модернизировать?

Ответ:

Переделать TN-C под более современную вполне можно. И для этого лучше использовать TN-C-S.

В таком случае не придется менять нулевой проводник на участке от подстанции к ВРУ.

Для доработки существующей системы достаточно будет провести монтаж дополнительного провода от ВРУ до распределительного щита, а также провести расщепление PEN-проводника на N и PE.

Проложенный провод и будет играть роль защитного проводника (РЕ). Важно только после расщепления его дополнительно заземлить.

Но помните, модернизация системы должна проводиться только квалифицированными специалистами. С электричеством шутки плохи.