Типы заземления системы TN - c , TN - s , TN - c - s , ТТ, гг

Общие требования к типам заземления системы TN-C, TN-S, TN-C-S, ТТ, ГГ установлены в п. 312.2 ГОСТ Р 50571.2. Буквы, используемые в обозначениях перечисленных типов за­земления системы, имеют следующий смысл.

Первая буква в обозначениях типов заземления системы ус­танавливает, как сказано в стандарте, «характер заземления ис­точника питания»:

Т - «непосредственное присоединение одной точки токове-дущих частей источника питания к земле»;

I - «все токоведущие части изолированы от земли или одна точка заземлена через сопротивление».

10

Вторая буква в рассматриваемых обозначениях определяет «характер заземления открытых проводящих частей электро­установки»¹:

Т - «непосредственная связь открытых проводящих частей с землей, независимо от характера связи источника питания с землей»;

N - «непосредственная связь открытых проводящих частей с точкой заземления источника питания».

Последующие (за N) буквы, если таковые имеются, опреде­ляют «устройство нулевого рабочего и нулевого защитного про­водников»:

S - «функции нулевого защитного и нулевого рабочего про­водников обеспечиваются раздельными проводниками»;

С - «функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике».

В стандарте приведены рисунки, иллюстрирующие все ука­занные типы заземления системы. Рисунки 31 В и 31 С стандарта воспроизведены в книге полностью (соответственно рис. 1.3 и рис. 1.1), а рисунки 31 A, 31D и 31Е представлены ниже без электрических систем, в которых применяются заземленные ли­нейные проводники (соответственно рис. 1.2, рис. 1.4 и рис. 1.5).

На всех рисунках используются следующие графические обозначения проводников:

/~ - защитный (нулевой защитный) проводник (РЕ);

 /* - нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N);

¹ В п. 312.2 стандарта говорится об электроустановке вообще. Од­нако, принимая во внимание следующую запись: «настоящий стандарт устанавливает основные характеристики электроустановок зданий, ко­торые необходимы для обеспечения безопасности при эксплуатации электроустановок», содержащуюся в разделе 1 «Область применения» ГОСТ Р 50571.2, можно предположить, что речь идет не о низковольт­ных электроустановках вообще, а конкретно об электроустановках зданий.

11

/ - совмещенный нулевой защитный и рабочий провод­ник (PEN-проводник, PEN).

При трех типах заземления системы, имеющих общее обо­значение TN, одна точка токоведущих частей источника питания¹ непосредственно соединяется с землей. Открытые проводящие части электроустановки здания, в свою очередь, присоединяются к указанной точке посредством защитных проводников. В зави­симости от особенностей устройства нулевого защитного и нуле­вого рабочего проводников, которые используются в системе распределения электроэнергии, различают следующие типы за­земления системы:

TN-C - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены во всей системе распределения элек­троэнергии² в одном проводнике (см. рис. 1.1);

TN-S - нулевой защитный и нулевой рабочий проводники работают раздельно во всей системе распределения электроэнер­гии (см. рис. 1.2³);

¹ В п. 312.2.1 ГОСТ Р 50571.2 говорится о непосредственном присое­-
динении к земле одной точки питающей сети. Хотя в соответствии с из­-
ложенными выше требованиями п. 312.2 стандарта первая буква «Т» в
обозначении типа заземления системы указывает на непосредственное
присоединение к земле одной точки токоведущих частей источника
питания.

² В п. 312.2-1 ГОСТ Р 50571.2 говорится о сети, несмотря на то, что
устанавливаются требования для совокупности, включающей в себя и
распределительную электрическую сеть, и электроустановку здания. То
есть речь в рассмотренных требованиях стандарта должна идти не об
электрической сети, а о системе распределения электроэнергии, или,
кратко, о системе, как это сделано в требованиях стандарта для типа за­-
земления системы TN-S.

³ На рисунке 31 А в ГОСТ Р 50571.2 не показано электрическое при-­
соединение нулевых защитных проводников к открытым проводящим
частям так, как это сделано на остальных рисунках. На рисунке 1.2
книги указанное электрическое соединение обозначено точкой.

12

Рис 1.1. Система TN - C

(нулевой защитный и нулевой рабочий

проводники объединены во всей системе):

1 - заземление источника питания;

2 - открытые проводящие части

13

14

Рис. 1.2. Система TN - S

(нулевой защитный и нулевой рабочий

проводники работают раздельно во всей системе):

1 - заземление источника питания;

2 - открытые проводящие части

TN-C-S - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике в части системы распределения электроэнергии¹ (см. рис. 1.3).

При типе заземления системы ТТ (см. рис. 1.4) источник питания² имеет одну точку токоведущих частей, непосредственно соединенную с землей. Открытые проводящие части, в свою оче­редь, соединяются с заземляющим устройством электроустановки здания, заземлитель которого должен быть электрически не­зависимым³ от заземлителя заземляющего устройства источника питания.

При типе заземления системы IT (см. рис. 1.5) токоведущие части источника питания⁴ не имеют непосредственной связи с землей или одна точка токоведущих частей заземлена через со-

*В п. 312.2.1 ГОСТ Р 50571.2 говорится о сети, хотя речь должна идти о системе распределения электроэнергии.

² В п. 312.2.2 ГОСТ Р 50571.2 говорится о заземлении одной точки питающей сети. В то же время, в п. 312.2 стандарта установлено, что первая буква «Т» в обозначении типа заземления системы указывает на заземление одной точки токоведущих частей источника питания.

³В ГОСТ Р 50571.2 не содержатся разъяснения, что следует пони­мать под электрически независимым заземлителем. В Международном электротехническом словаре (в стандарте МЭК 60050-195 [9]) определен термин «независимый заземляющий электрод» - заземляющий электрод, размещенный на таком расстоянии от других заземляющих электродов, что на его электрический потенциал незначительно влияют электриче­ские токи между Землей и другими заземляющими электродами (inde­pendent earth electrode - earth electrode located at such a distance from other earth electrodes that its electric potential is not significantly affected by elec­tric currents between Earth and other earth electrodes). Вместо термина «за­земляющий электрод» («earth electrode») в национальной нормативной документации употребляется термин «заземлитель».

⁴ В п. 312.2.3 рассматриваемого стандарта говорится об отсутствии непосредственной связи с землей токоведущих частей питающей сети. Хотя первая буква «I» в обозначении типа заземления системы указы­вает на то, что от земли изолированы токоведущие части источника пи­тания или одна их точка заземлена через сопротивление (см. п. 312.2 ГОСТ Р 50571.2).

15

16

Рис. 1.3. Система TN - C - S

(нулевой защитный и нулевой рабочий

проводники объединены в части системы):

1 - заземление источника питания;

2 - открытые проводящие части

Рис. 1.4. Система ТТ:

1 - заземление источника питания;

2 - открытая проводящая часть;

3 - заземление открытой проводящей части

17

18

Рис 1.5. Система IT:

1 - заземление источника питания;

2 - открытая проводящая часть;

3 - заземление открытой проводящей части;

4 - сопротивление

противление. Открытые проводящие части электроустановки зда­ния подлежат защитному заземлению. Они с помощью защитных проводников электрически соединяются с заземляющим устрой­ством, которое является неотъемлемой частью электроустановки здания.

1.1.3. Анализ требований к типам заземления системы, изложенных в ГОСТ Р 50571.2

В изложенных выше требованиях к типам заземления сис­темы имеются существенные недостатки и противоречия, на ко­торых следует остановиться более подробно.

Во-первых, как отмечалось выше, тип заземления системы в подразделе 312 стандарта представляется характеристикой пи­тающей электрической сети. В то же время, в разделе 1 ГОСТ Р 50571.2 говорится о том, что стандарт устанавливает ос­новные характеристики электроустановок зданий. Эта противоре­чивая информация не позволяет читателю дать однозначный от­вет на главный вопрос: характеристикой какого объекта все-таки является тип заземления системы?

Первая буква в обозначении любого типа заземления сис­темы указывает на наличие (буква «Т») или отсутствие (буква «I») заземления токоведущих частей источника питания. В элек­трических системах переменного тока источник питания обычно является составной частью низковольтной распределительной электрической сети. Он может представлять собой, например, вторичную обмотку трансформатора, установленного на транс­форматорной подстанции напряжением 10 / 0,4 кВ.

Вторая же буква в обозначениях типов заземления системы говорит либо о выполнении заземления открытых проводящих частей (буква «Т»), либо о наличии электрической связи между открытыми проводящими частями и заземленной токоведущей частью источника питания (буква «N»). Так как в рассматривае­мом стандарте устанавливаются характеристики электроустано­вок зданий, то, следовательно, открытые проводящие части, о ко-

19

торых идет речь в нормативных требованиях, являются неотъем­лемой частью электроустановки здания или другой низковольт­ной электроустановки, подключенной к распределительной элек­трической сети.

Поэтому можно предположить, что тип заземления системы следует рассматривать в качестве основной характеристики низ­ковольтной системы распределения электроэнергии, которая обычно включает в себя, с одной стороны, низковольтную рас­пределительную электрическую сеть и, с другой стороны, под­ключенную к ней электроустановку здания. Применение этой ха­рактеристики только для распределительной электрической сети или только для электроустановки здания лишено какого-либо смысла, а иногда просто невозможно.

Несмотря на то, что характеристика «тип заземления сис­темы» устанавливает принципы построения электрических цепей защитных проводников в каждом из перечисленных элементов системы распределения электроэнергии, корректное ее примене­ние возможно лишь для указанной совокупности объектов. Руко­водствуясь только данными о построении электрических цепей защитных проводников в электроустановке здания, нельзя одно­значно ответить на следующий вопрос: какой конкретно тип за­земления системы реализован в совокупности «распределитель­ная электрическая сеть - электроустановка здания»?

Действительно, при типах заземления системы TN-S, ТТ и ГГ электрические цепи защитных проводников, применяемых для защитного заземления открытых проводящих частей, имеют в электроустановках зданий одинаковое построение. Поэтому нельзя установить конкретный тип заземления системы, рассмат­ривая только электроустановку здания в отрыве от распредели­тельной электрической сети, к которой она подключена.

Привлекая дополнительный критерий - наличие или отсут­ствие заземления токоведущих частей источника питания, можно установить факт реализации в рассматриваемой системе распре­деления электроэнергии таких типов заземления системы, как ТТ или IT. Для окончательной идентификации типа заземления сис­темы TN-S необходима проверка выполнения еще одного условия - наличия электрической связи между открытыми проводящими

20

частями электроустановки здания и заземленной токоведущей ча­стью источника питания. Причем указанная связь должна осуще­ствляться с помощью отдельного нулевого защитного проводника во всей системе распределения электроэнергии.

В многочисленных публикациях и изданиях широко ис­пользуются словосочетания «электроустановка здания с типом за­земления системы XX», «электроустановка здания XX» и другие. Все они указывают не только на то, что электроустановка здания соответствует требованиям, предъявляемым к конкретному типу заземления системы XX, но также и на то, что требованиям к ука­занному типу заземления системы отвечает и низковольтная рас­пределительная электрическая сеть, к которой подключена элек­троустановка здания.

Если электроустановка здания соответствует типу заземле­ния системы ГТ, то распределительная электрическая сеть не должна иметь заземленных токоведущих частей. Электроуста­новка здания будет соответствовать типу заземления системы TN-S только в том случае, если она подключается к распредели­тельной электрической сети, имеющей нулевой защитный про­водник, с помощью которого открытые проводящие части элек­троустановки здания соединяются с заземленной токоведущей ча­стью источника питания.

Встречающееся словосочетание «сеть XX» также лишено смысла в том случае, если распределительную электрическую сеть рассматривать в отрыве от электроустановки здания. При подключении к одной и той же распределительной электрической сети трех электроустановок зданий можно реализовать три раз­ных типа заземления системы: TN-C, TN-S и TN-C-S {см. рис. 2.15).

Иными словами, конкретный тип заземления системы мо­жет быть задан и реализован только для совокупности, состоящей из распределительной электрической сети и электроустановки здания. При этом построение электрических цепей защитных проводников в обоих элементах рассматриваемой системы рас­пределения электроэнергии должно соответствовать требованиям, которые устанавливаются нормативной документацией для кон­кретного типа заземления системы.

21

Во-вторых, при реализации типов заземления системы TN открытые проводящие части электроустановки здания должны соединяться с заземленной токоведущей частью источника пита­ния. В зависимости от особенностей конкретного типа заземления системы указанная связь во всей системе распределения электро­энергии должна выполняться следующим образом:

при типе заземления системы TN-C - совмещенным нуле­вым защитным и рабочим проводником;

при типе заземления системы TN-S - отдельным нулевым защитным проводником;

при типе заземления системы TN-C-S - в распределитель­ной электрической сети и в головной части электроустановки здания, которая непосредственно к ней присоединена, - PEN-проводником, а в оставшейся части электроустановки здания -нулевым защитным проводником.

В то же время, в стандарте имеется рисунок 31 Н (его фраг­мент воспроизведен на рисунке 1.6 книги), который иллюстри­рует тип заземления системы TN-C-S для электрических систем постоянного тока как результат сложения «системы TN-C¹» и «системы TN-S». На этом рисунке так называемая «система TN-S» выполнена для части системы распределения электроэнер­гии (для части электроустановки здания). Она «начинается» от точки разделения РЕМ-проводника² на защитный проводник и

¹ Обозначения «система TN-C» и «система TN-S» взяты в кавычки,
так как они не являются сокращенными наименованиями соответст­-
вующих им типов заземления системы TN-C и TN-S из-за имеющих ме-­
сто противоречий в анализируемых требованиях стандарта. На указан­-
ном рисунке представлен только один тип заземления системы -
TN-C-S. Системы TN-C и, тем более, системы TN-S здесь нет и быть не
может.

² На рисунке 31 Н ГОСТ Р 50571.2 указан PEN-проводник, однако в
электрических цепях постоянного тока функции защитного и среднего
проводников может выполнять только РЕМ-проводник, а не PEN-про­-
водник, который используется исключительно лишь в электрических
системах переменного тока. Далее в анализе нормативных требований
используется термин «РЕМ-проводник».

22

Рис 1.6. Система TN - C - S постоянного тока:

1 - заземление системы;

2 - открытые проводящие части

23

средний проводник. Между источником питания и точкой разде­ления РЕМ-проводника в головной части системы распределения электроэнергии (в головной части электроустановки здания) рас­положена так называемая «система TN-C».

В анализируемой ситуации для «системы TN-S» нельзя обеспечить электрическую связь между заземленной токоведущей частью источника питания и открытыми проводящими частями электроустановки здания с помощью защитного проводника, так как в распределительной электрической сети и в головной части электроустановки здания (в головной части системы распределе­ния электроэнергии) применяется РЕМ-проводник. Рассматри­ваемая иллюстрация выглядит более чем странной. Она не согла­суется с требованиями п. 312.2.4.1 ГОСТ Р 50571.2, в которых при характеристике типа заземления системы TN-S в системах постоянного тока сказано: «Заземленный линейный (фазный) проводник (например, L-)... или заземленный средний проводник (М)... отделены от защитного проводника (РЕ) во всей системе» (выделено авторами).

Таким образом, в требованиях стандарта имеются серьез­ные противоречия. С одной стороны, при типе заземления сис­темы TN-S в соответствии с требованиями, изложенными в п. 312.2.1 и в п. 312.2.4.1 ГОСТ Р 50571.2, защитный проводник должен проходить через всю систему распределения электроэнер­гии. То есть этот проводник должен «начинаться» на заземленной токоведущей части источника питания и «заканчиваться» на от­крытых проводящих частях электроустановки здания.

С другой стороны, на рисунке 31Н ГОСТ Р 50571.2 (рис. 1.6 книги) показано, что защитный проводник в так назы­ваемой «системе TN-S» «начинается» не на источнике питания, а в произвольной точке системы распределения электроэнергии. Этой «начальной» точкой является точка разделения РЕМ-про­водника на защитный проводник и средний проводник. Однако в этом случае открытые проводящие части электроустановки зда­ния не могут иметь электрического соединения с заземленной то­коведущей частью источника питания, выполненного только с помощью защитного проводника, так как в представленной сис­теме распределения электроэнергии между защитным проводни-

24

ком и заземленной токоведущей частью источника питания име­ется РЕМ-проводник.

Несмотря на то, что рассматриваемая иллюстрация типа за­земления системы TN-C-S представлена в стандарте только для систем постоянного тока, аналогичные интерпретации этого типа заземления системы для электрических систем переменного тока уже появились в ряде публикаций и изданий. В некоторых книгах и статьях система TN-C-S рассматривается как результат «сложе­ния» двух систем TN-C и TN-S, где в качестве «начальной» точки системы TN-S указывается точка разделения PEN-проводника.

Даже в некоторых нормативных документах, например, в ГОСТ Р 50669, имеются требования, в соответствии с которыми система TN-S может «начинаться» в произвольной точке системы распределения электроэнергии, а не от источника питания. В п. 4.2.5 этого стандарта говорится о том, что электроустановка здания из металла может подключаться к распределительному устройству рядом расположенного здания, например к квартир­ному щитку. И при этом предполагается возможным реализация типа заземления системы TN-S в совокупности «распределитель­ная электрическая сеть - электроустановка здания из металла».

Процитированное требование ГОСТ Р 50669 не выдержи­вает критики уже по той причине, что электроустановки «рядом расположенных зданий» соответствуют, как правило, типам за­земления системы TN-C и TN-C-S. Этим же типам заземления системы соответствуют и низковольтные распределительные электрические сети, в которых всегда имеются PEN-проводники, а нулевые защитные проводники никогда не применяются. По­этому при подключении электроустановки здания из металла к существующей низковольтной распределительной электрической сети и, тем более, к низковольтному распределительному устрой­ству электроустановки «рядом расположенного здания» нельзя реализовать тип заземления системы TN-S из-за отсутствия воз­можности выполнения требования п. 312.2.1 ГОСТ Р 50571.2. То есть в образованной системе распределения электроэнергии нельзя обеспечить электрическую связь между заземленной ней­тралью трансформатора, который обычно является источником питания в существующей распределительной электрической сети, и открытыми проводящими частями электроустановки здания из

25

металла, применяя для этой цели только нулевой защитный проводник.

В-третьих, неопределенность требований ГОСТ Р 50571.2 к типам заземления системы усугубляется еще одним обстоятель­ством. В стандарте нет никаких указаний о том, что следует по­нимать под источником питания, который является одним из ключевых элементов рассматриваемой совокупности, включаю­щей в себя низковольтную распределительную электрическую сеть и электроустановку здания. Более того, если для электриче­ских систем переменного тока в стандарте говорится о заземле­нии источника питания, то для электрических систем постоянного тока речь идет о заземлении системы. Хотя на всех рисунках, где представлены электрические системы постоянного тока, указаны именно источники питания.

На основании схемы, приведенной на рисунке 1.6, можно сделать ошибочный вывод о том, что для системы TN-S в каче­стве источника питания вполне допустимо рассматривать любую часть низковольтной распределительной электрической сети пе­ременного тока или головную часть электроустановки здания, в которой имеется штепсельная розетка, подключенная к электро­проводке, содержащей PEN-проводник. Для «обоснования» та­кого вывода можно указать на факт разделения PEN-проводника при подключении к нему защитных контактов штепсельной ро­зетки, а также на наличие нулевого защитного проводника в гиб­ком кабеле, с помощью которого переносной или передвижной электроприемник класса I подключается к рассматриваемой штепсельной розетке.

Если предположить, что для системы TN-S в качестве ис­точника питания может выбираться произвольная точка в распре­делительной электрической сети или в электроустановке здания, то теряется смысл в использовании характеристики «тип заземле­ния системы». Прежде всего из-за того, что невозможно обеспе­чить сопоставимость объектов, для которых устанавливается эта характеристика.

Действительно, если в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50571.2 система TN-C всегда «начинается» от источника питания, а так называемая «система TN-S» может «начинаться»,

26

например, от штепсельной розетки, то классификация типов за­земления системы накладывается на два различных по структуре, несопоставимых между собой объекта. Первым объектом явля­ется совокупность низковольтной распределительной электриче­ской сети и подключенной к ней электроустановки здания, а вто­рым объектом - только часть электроустановки здания, вклю­чающая в себя, например, только одну штепсельную розетку и только один подключенный к ней переносной электроприемник класса I.

Проиллюстрировать необоснованность подобного подхода можно также на следующем примере. На рисунке 1.1, который полностью соответствует рисунку 31 С стандарта, показан общий вид системы TN-C. Открытая проводящая часть трехфазного электроприемника (он расположен с левой стороны рисунка) со­единяется с PEN-проводником электроустановки здания (системы распределения электроэнергии) с помощью нулевого защитного проводника. Нулевой рабочий вывод рассматриваемого электро­приемника также подключается к PEN-проводнику, но уже с по­мощью нулевого рабочего проводника. В рассматриваемой части электроустановки здания (в части системы распределения элек­троэнергии) PEN-проводник фактически разделяется на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники при подключении дан­ного электроприемника.

Руководствуясь только фактом разделения PEN-провод-ника, можно заключить, что часть электроустановки здания (часть системы распределения электроэнергии), состоящая из рассмат­риваемого электроприемника и пяти проводников, подключенных к нему, соответствует типу заземления системы TN-S. Вполне правомерно также сделать вывод о том, что на рисунке 1.1 пред­ставлена не система TN-C, а система TN-C-S, которая «слагается» из «системы TN-C» и «системы TN-S».

Более того, основываясь только на факте разделения PEN-проводника на нулевой защитный проводник и нулевой рабочий проводник при подключении хотя бы одного переносного элек­троприемника класса I, можно утверждать, что электроустановок зданий (систем распределения электроэнергии), которые соответ­ствуют типу заземления системы TN-C, на практике быть не мо­жет. Поэтому тип заземления системы TN-C является всего лишь

27

«теоретической» характеристикой низковольтной системы рас­пределения электроэнергии, установленной требованиями рас­сматриваемого стандарта для лучшего разъяснения остальных «практических» характеристик - типов заземления системы TN-S, TN-C-S, ТТ и ГГ.

Имеется еще одно обстоятельство, которое не позволяет со­гласиться с анализируемой трактовкой типов заземления системы TN-C-S и TN-S. Если допустить возможность «начала» системы TN-S от точки разделения PEN-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, то весьма проблематичным ста­новится обеспечение надлежащего уровня электробезопасности во всей электроустановке здания или в ее части. Действительно, чрезвычайно сложно, а подчас практически невозможно обеспе­чить достаточный уровень электробезопасности при устройстве электроустановки здания с так называемым «типом заземления системы TN-S», если ее «источником питания» является штеп­сельная розетка с защитными контактами, установленная в сосед­нем здании, даже если она подключается к электропроводке, имеющей в своем составе медный PEN-проводник сечением 10 мм² или более.

Из приведенного выше анализа требований ГОСТ Р 50571.2 можно сделать следующий вывод: в стандарте не определена суть понятия «тип заземления системы», а требования ко всем пяти типам заземления системы сформулированы неопределенно. По­этому нормативные требования, изложенные в рассматриваемом стандарте, воспринимаются неоднозначно.

Такое положение объясняется прежде всего тем, что в стан­дарте, во-первых, отсутствуют определения исходных понятий и, во-вторых, имеются противоречия в его нормативных требова­ниях. Поэтому требования ГОСТ Р 50571.2 невозможно пра­вильно применять при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок зданий. Нельзя также корректно применять требования других нормативных документов, которые прямо или косвенно базируются на требованиях рассматриваемого стандарта к типам заземления системы.

28

ТРЕБОВАНИЯ СТАНДАРТОВ МЭК 60364-3 И МЭК 60364-1 К ТИПАМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ СИСТЕМЫ