Системы заземления TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT со схемами (ПУЭ). Системы заземлений – преимущества и недостатки

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.

Целевые предназначения систем заземления

Предлагаю по порядку разобрать каждую систему и подсистему для того, чтобы лучше понять, как они работают и для чего они нужны.

Система TN – система в которой нейтраль источника питания глухо заземлена,  а открытые проводящие части электропроводки присоеденены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

Термин глухозаземленная означает, что проводник N (нейтраль) присоединен не  к дугогасящему реактору, а к заземляющему контуру, который непосредственно смонтирован вблизи трансформаторной подстанции.

Краткое описание работы систем заземления

Системы заземления отличаются прежде всего безопасностью. То есть, сколько шансов выжить даёт человеку такая система после того, как на корпусе появилась фаза.

Возникает путаница в терминологией – одну и ту же систему называю и занулением, и заземлением. Википедия предлагает системы TN называть занулением на том основании, что в них заземляющий проводник PEN соединен с нулевым (нейтральным) проводом источника питания. А уже этот провод в трансформаторе – заземлён. Заземляется для того, чтобы не было перекоса фаз.

Подробнее о перекосе фаз, чем он опасен, и как с ним бороться – в другой моей статье.

ПУЭ, Библия электрика, говорит, о том же самом, как о системах заземления.

Разница между этими понятиями, по моему мнению, очень зыбкая. По-моему, заземление нужно для поддержания напряжения на уровне потенциала земли на проводе PE и на всех нетоковедущих частях электроустановки, к которым он подключен. А зануление нужно для создания тока короткого замыкания при замыкании фазы на тех же частях электроустановки. В итоге, эффект может быть один – заземленные или зануленные части никогда не окажутся под фазным напряжением, и при этом должен сработать защитный автомат. Это если коротко и своими словами.

Вообще, заземление это более широкое понятие, чем зануление.

Можно сказать, система защиты безопасна настолько, насколько эта точка приближена к источнику напряжения. И опять же, что можно считать потребителем – электрочайник, квартиру, многоэтажный дом, или район города?

Ну а если фаза “прорвётся” на корпус – её должен уничтожить защитный автомат со 100% вероятностью.

Тут важными считаю две вещи:

1. Весь металл, который не под фазой, должен быть под одним и тем же потенциалом. И желательно, чтобы этот потенциал был равен потенциалу земли. Это – “самый нулевой” потенциал.
2. Опасное – недоступно. Доступное – безопасно. Бывает, смотришь в квартирные советские щитки или РП и волосы шевелятся.

И ещё, в который раз повторюсь. Всегда рассматривается вероятность обрыва нулевого рабочего проводника. Дело в том, что при таком обрыве на всей схеме прибора, вплоть до точки обрыва нуля, присутствует фазное напряжение.

В случае прикосновения ток проходит через нагрузку и через тело человека. Не смотря на сопротивление нагрузки, этот ток остается таким же опасным, как и при прикосновении к фазному проводу. Ведь сопротивление нагрузки (например, электробытового прибора) всегда гораздо меньше сопротивления тела человека.

Нормы заземления

Главное требование, предъявляемое к заземляющему устройству – это его сопротивление.

При напряжении питания в системе 380/220В данное сопротивление для частного дома должно быть не более 30 Ом.

Если у вас в доме подключен газовый котел, в целях защиты и предотвращения возможного взрыва котла, газовики предъявляют более жесткие нормативы – не более 10 Ом.

Чем меньше сопротивление заземляющего устройства, тем больше его надежность.

Согласно закону Ома I=U/R. То есть, чем меньше R, тем больше ток КЗ, а значит защитный аппарат сработает обязательно. Но есть здесь и “подводные камни”, о них поговорим чуть дальше.

Типы систем заземления

Сокращения, применяемые для обозначения систем заземления и их элементов (обозначаются латинскими буквами):

• Т – заземленная нейтраль, заземление источника питания автономно от заземления оборудования.
• N – нейтраль, нулевой функциональный (рабочий) проводник. Заземление оборудования контактирует с заземлением источника энергии.
• PEN – функции провода N провода РЕ объединены.
• PE – нулевой защитный провод.
• I – нулевой рабочий провод изолирован.
• C – объединение (комбинирование) функций проводников N и PE.
• S – N-проводник и PE-проводник используются раздельно на всей протяженности системы.

Выделяют три типа систем заземления:

1. TN – с глухозаземленной нейтралью источника;
2. IT – с изолированной нейтралью.

С глухозаземленной нейтралью

Обозначается TN. В ней нейтраль источника находится в состоянии «глухо заземлена», а открытые токоведущие части (ОПЧ) установок соединены с нею PE-проводниками.

Применяется в трех вариантах:

• TN-C;
• TN-S;
• TN-C-S.

С изолированной нейтралью

Называется IT. При такой системе изолируется от почвы нейтраль источника энергии, контур со стороны потребления тоже заземлен.

Виды систем заземления

Основным способом защиты от поражения электрическим током является применение одной из систем заземления. В главе 1.7 ПУЭ перечисляются пять типов таких устройств:

• TN-C;
• TN-C-S;
• TN-S;
• IT.

Любая из этих систем надёжно защищает людей в условиях городской квартиры или частного дома, но имеет свои конструктивные и защитные отличия.

Применение конкретного вида защиты в особых условиях регламентируется ПУЭ и связано с особенностями помещений и электроустановок.

Информация! Установка заземления обязательна во всех новых зданиях и желательна при ремонте старых сооружений.

Выбор системы заземления производится на стадии проектирования здания и электропроводки до начала монтажных работ.

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.

Заземление в квартире с проводкой TN-C

В квартирах ноль и землю разделять сложнее. По этому поводу постоянно ведутся жаркие споры среди электриков.

Я думаю, что тут есть два приемлемых варианта.

1. Ноль оставить как есть, а провод PE взять с магистрального PEN проводника. Пусть не с самого проводника, а с места, куда он подсоединяется к корпусу этажного щитка. Главное, чтобы наши N и PE были подключены в разных точках. PE – на корпусе, N – на изолированной от корпуса шине, на которую ноли приходит после вводного рубильника или автомата (если они есть) и счетчика. Кстати, так и делали в советские времена при подключении в квартирах электропечей.

2. Провести трехпроводную систему (L, N, PE), но PE никуда не подключать. В результате мы не вносим изменения в этажный щиток (кстати, это запрещено!), а все нетоковедущие части электроприборов, металлических конструкций, труб и т.д. мы подключаем к этому проводнику. И в пределах квартиры у нас благодать! Только важное замечание – на группы розеток должны стоять УЗО на случай попадания фазы на корпус в пределах квартиры.

Всё, теперь по-быстрому пробежимся по другим системам, там всё проще.

Система TN-S

Современная пятипроводная система электроснабжения TN-S расшифровывается “Terre-Neuter-Separated”.

По этому названию видно, что схема с глухозаземлённой нейтралью и разделёнными проводами PE и N. В отличие от схемы заземления TN-C, к трём фазным и нулевому проводам добавлен пятый заземляющий проводник РЕ.

Система заземления TN-S (нулевой защитный и рабочий проводник разделены)Система заземления TN-S (нулевой защитный и рабочий проводник разделены)

В этой схеме рабочее и защитное заземление разделены на всём протяжении от места подключения к нейтрали трансформатора до потребителя.

В связи с тем, что в системе TN-S по заземляющему проводу ток протекает только в аварийной ситуации, места соединений не разрушаются и этот проводник сохраняет свою работоспособность весь срок службы кабеля, что обеспечивает более высокую степень защиты от электричества.

Полная замена четырёхпроводной системы TN-С на пятипроводную схему TN-S требует больших материальных затрат был создан компромиссный вариант TN-С-S, позволяющий увеличить безопасность людей без замены линий электропередач.

Система 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

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.

Система 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.

Схемы систем заземления

Схема заземления сети должна соответствовать схеме заземления источника энергии.

Схема система заземления TN: источник соединяется с почвой с помощью заземленных электродов. ОПЧ соединены с нейтралью, тоже соединенной с почвой.

Система TN-S: электроэнергия доставляется с помощью пяти проводников в трехфазной сети и через три проводника – в однофазной. От источника идет 5 проводников, три из них силовая фаза, а два – нейтральные, соединенные с точкой «нуля».

Система ТТ создается по схеме 4-х проводников: три фазы, дающие напряжение, размещены под углом 120 градусов между собой. Общий «ноль» является и функциональным, и защитным проводником.

У токопроводящей части почвы нулевой электрический потенциал. Когда на соединенном с почвой проводнике возникает повышенный потенциал (при аварии), он будет стремиться уравняться с потенциалом почвы (к нулю). Используемые человеком электроприборы и оборудование безопасны для его жизни и здоровья во время работы в штатном режиме. При аварийных ситуациях ток начинает проходить по корпусу или ОПЧ, создавая опасное высокое напряжение. При прикосновении к ним, человек подвергается смертельной опасности. Заземление призвано служить защите человека от электрического удара.

Особенности схем заземления 220В и 380В

Современные номинальные параметры сети: 230В и 400В. При организации контура заземления необходимо соблюдать определённые правила и требования. По словам Алексея Кокорина, контур заземления частного дома должен иметь сопротивление растекания 4 Ом при трехфазном питании (400В) и 8 Ом при 230В.

Обозначение систем, расшифровка

Для обозначения каждой системы, используется буквенный индекс, состоящий из нескольких букв.

Первая, стоящая в индексе буква указывает на характер заземления основного источника питания приборов (трансформаторной подстанции), а вторая – на заземление открытых участков электрических установок.

Для обозначения используются определенные буквы латинского алфавита, каждая из которых имеет свою расшифровку:

• Т – заземлено (от «Terre» — земля);
• N – занулено, подключено к нейтрали источника (от «Neuter» — нейтраль);
• I – изолировано (от «Isole» — изоляция).

Вот эти три буквы и используются для обозначения систем заземления, которые входят в международный стандарт.

Три системы заземления согласно МЭК имеют обозначение:

• TN (которая в свою очередь делится на подсистемы TN-C, TN-S, TN-C-S);
• ТТ;
• IT.

Дополнительно классификацией введено буквенное обозначение нулевых проводников, задействованных в системах заземления:

• N – рабочий;
• РЕ – защитный;
• PEN – комбинированный (совмещенный), включающий в себя и рабочий, и защитный нулевые проводники.

Все указанные системы имеют свои конструктивные особенности, что предопределяет их сферу использования.

Для использования в жилых помещениях более подходящими являются подсистемы заземления TN.

Система TT применима для мобильных построек (строительных и иных вагончиков, киосков, имеющих металлические поверхности), а вот IT используется в основном для организации заземления лабораторий.

Используемая при электрификации помещений система заземления обязательно указывается в проектной документации, поскольку для проведения обслуживающих и ремонтных работ нужно чтобы электрик точно знал, какая из систем использована.

Имеющийся стандарт системы заземлений – международный, поэтому он используется и у нас.

Причем весь регламент, действующий у нас и касающийся систем заземления, полностью прописан в правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Причем ПУЭ действует как на территории РФ, так и Украины.

Эти правила являются общим положением для правильного проведения электрификации, эксплуатации электроприборов и обеспечения защиты.

Далее рассмотрим особенности каждой из систем, а также их положительные качества и недостатки.

Нужно ли заземление в частном доме

При использовании в доме любых электроприборов всегда есть риск повреждения изоляции проводов или замыкание их на корпус. В таком случае любое касание человека опасной зоны приводит к поражению электрическим током, которое может закончиться трагически. Ток всегда стремится в землю, а человеческое тело становится проводником, соединяющим поврежденный прибор с землей.

Что дает заземление? По сути, это система, предоставляющая кратчайший путь электрическому току. По закону физики он выбирает проводник с наименьшим электрическим сопротивлением, и контур обладает таким свойством. Практически весь ток направляется в заземлитель, а потому через тело человека пройдет лишь незначительная его часть, которая не сможет причинить вред. Таким образом, контур заземления обеспечивает электробезопасность. Нормативные документы (ГОСТы, СНиП, ПУЭ) указывают, что любое частное, жилое строение должно быть им оборудовано при сетях переменного тока на напряжение выше 40 В и переменного тока – выше 100 В.

Кроме обеспечения безопасности, заземляющая система повышает надежность и долговечность бытовой техники. Она обеспечивает стабильную работу установок, защиту от перенапряжений и различных помех в сети, снижает воздействие внешних источников электромагнитных излучений.

Заземление не следует путать с громоотводами (молниеотводами). Хотя принцип их действия аналогичен, выполняют они разную задачу. Работа громоотвода заключается в отведении в землю разряда молнии при ее попадании в дом. В этом случае возникает мощный электрический заряд, который не должен попадать во внутреннюю сеть, т.к. способен просто расплавить провод или кабель. Именно поэтому линия громоотвода пролегает от приемников на крыше по внешнему контуру и не должна совмещаться с заземляющей, внутренней линией. У громоотвода и заземления может быть общий подземный контур (если имеет запас по сечению), но разводка обязательно разделяется.

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.

Распространённые ошибки при выполнении монтажных работ

Специалисты отмечают, что при самостоятельном монтаже чаще всего допускаются такие ошибки:

1. Попытка защитить электроды от коррозии путем покраски. Такой способ недопустим, т.к. препятствует перетоку в землю.
2. Соединение стальной металлосвязи со штырями болтами. Коррозия достаточно быстро нарушает контакт между элементами.
3. Чрезмерное удаление контура от дома, что значительно увеличивает сопротивление системы.
4. Применение слишком тонкого профиля для электродов. Через небольшой промежуток времени коррозия вызывает резкое увеличение сопротивление металла.
5. Контакт медных и алюминиевых проводников. В этом случае ухудшается соединение за счет контактной коррозии.

При обнаружении недостатков в конструкции их следует устранять незамедлительно. Чрезмерное увеличение электрического сопротивления или нарушение целостности цепи нарушает работу заземления. Контур не сможет гарантировать безопасность.

Контур заземления необходим для частного дома. Эта конструкция обеспечит электрическую безопасность жильцов и исключит трагические случайности. Однако следует помнить, что эффективность работы заземления зависит от правильности расчетов, выбора схемы и проведения монтажа. Если есть сомнение в собственных силах, то лучше использовать готовый комплект.

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.

Фото систем заземления