Тип заземления системы TN - C - S

В системе TN-C-S (рис. 2.7 и 2.8) источник питания имеет заземленную токоведущую часть². Открытые проводящие части электроустановки здания имеют электрическую связь с заземлен­ной токоведущей частью источника питания. Для обеспечения этой связи и в низковольтной распределительной электрической сети, и на головном (по току электроэнергии) участке электро-

¹ Если в здание встроена трансформаторная подстанция, то система
распределения электроэнергии не будет иметь линии электропередачи.
Поэтому указанную систему целесообразно выполнить с типом заземле-­
ния системы TN-S. Электроустановка индивидуального жилого дома,
которая подключается к собственной трансформаторной подстанции,
также легко может быть выполнена с типом заземления системы TN-S.

² При типе заземления системы TN-C-S PEN-проводник ВЛ, как пра-­
вило, заземляется в нескольких точках.

125

Рис. 2.7. Тип заземления системы TN - C - S. PEN -проводник разделяется на вводе в электроустановку здания:

1 - заземляющее устройство источника питания; 2 - заземляющее устройство электроустановки здания; 3 - открытая проводящая часть; 4 - защитный контакт штепсельной розетки

Рис. 2.8. Тип заземления системы TN - C - S. PEN -проводник разделяется для части электроустановки здания:

1 - заземляющее устройство источника питания; 2 - заземляющее устройство электроустановки здания; 3 - открытая проводящая часть; 4 - защитный контакт штепсельной розетки

установки здания применяются совмещенные нулевые защитные и рабочие проводники. В электрических цепях остальной части электроустановки здания используются нулевые защитные проводники.

При типе заземления системы TN-C-S, в отличие от сис­темы TN-C, функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике не во всей элек­троустановке здания, а только в ее части или только в линии элек­тропередачи. В какой-либо точке электроустановки здания PEN-проводник должен разделиться на два проводника - нулевой за­щитный и нулевой рабочий проводники например, на вводе в электроустановку здания - на вводном зажиме или на нулевой защитной шине водно-распределительного или вводного устрой­ства (см. рис. 2.7). PEN-проводник может разделиться также в другой точке электроустановки здания, например на вводном за­жиме или на нулевой защитной шине (или на PEN-шине) какого-нибудь низковольтного распределительного устройства. Послед­нее должно быть соединено с ВРУ (ВУ) электропроводкой рас­пределительной электрической цепи, которая в составе своих проводников имеет PEN-проводник (см. рис. 2.8).

В первом случае во всей электроустановке здания применя­ются два самостоятельных проводника - нулевой защитный и ну­левой рабочий. Во втором случае в головной (по току электро­энергии) части электроустановки здания используется PEN-про­водник, а после точки его разделения - два нулевых проводника -защитный и рабочий. Открытые проводящие части электрообору­дования класса I присоединяются соответственно к нулевым за­щитным проводникам во всей электроустановке здания (см. рис. 2.7) или в головной части электроустановки здания они при­соединяются к PEN-проводнику, в остальной ее части - к нуле­вому защитному проводнику (см. рис. 2.8).

Низковольтная распределительная электрическая сеть в системе TN-C-S имеет такое же построение своих проводников, как при типе заземления системы TN-C. Хотя теоретически и возможно разделение PEN-проводника на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники в любой точке распределительной электрической сети. Практически целесообразно и более надежно производить разделение PEN-проводника в электроустановке

128

здания, например на вводных зажимах ВРУ (ВУ) или на его нулевой защитной шине.

Тип заземления системы TN-C-S получит широкое распро­странение в электроустановках жилых зданий, что обусловлива­ется рядом причин.

Во-первых, для реализации этой системы возможно исполь­зование существующих низковольтных распределительных элек­трических сетей без их существенной реконструкции.

Во-вторых, эта система как бы является логическим разви­тием системы TN-C. Электроустановки зданий, соответствующие типу заземления системы TN-C-S, можно рассматривать как один из вариантов «модернизации» низковольтных электроустановок, получивших повсеместное распространение на территории страны. Проектировщикам, электромонтажникам и персоналу, обслуживающему электроустановки зданий, сравнительно легко понять логическое развитие системы TN-C в систему TN-C-S, a также основные требования, которым должны соответствовать защитные проводники в электроустановке здания при этом типе заземления системы.

В-третьих, в электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы TN-C-S, достаточно легко выявить ошибки, допущенные при соединении нулевых защитных и нуле­вых рабочих проводников электропроводок. Если в электроуста­новке здания или какой-то ее части для защиты от косвенного прикосновения применяются УЗО в составе такой электрозащит­ной меры, как автоматическое отключение питания, а также ис­пользуются УЗО в качестве дополнительной меры защиты при прямом прикосновении, то устройства защитного отключения бу­дут случайно отключать защищаемые ими электрические цепи, сигнализируя о следующих ошибках, допущенных при соедине­нии проводников:

подключении нулевых рабочих проводников к открытым проводящим частям электрооборудования класса I;

присоединении нулевых защитных проводников к зажимам электрооборудования, предназначенным для подключения нуле­вых рабочих проводников;

129

электрическом соединении между собой нулевых защитных и нулевых рабочих проводников.

В-четвертых, при типах заземления системы TN ток замы­кания на землю, протекающий в аварийном режиме с фазного проводника на открытую проводящую часть и нулевой защитный проводник, может быть равным току однофазного короткого за­мыкания. Поэтому для защиты от косвенного прикосновения 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 УЗО¹.

В целом, при выполнении в электроустановке жилого зда­ния заземляющего устройства, система TN-C-S позволяет обеспе­чить высокий уровень электробезопасности при более низких за­тратах на строительство низковольтной линии электропередачи, чем это необходимо при реализации системы TN-S.

Выполнить тип заземления системы TN-C-S для электроус­тановки индивидуального жилого дома достаточно просто. Разде­ление PEN-проводника целесообразно произвести на вводных за­жимах ВРУ (см. рис. 2.7). Далее во всей электроустановке здания следует применять два проводника: нулевой защитный и нулевой рабочий, которые не должны иметь электрического соединения между собой за точкой разделения.

В электроустановках многоквартирных жилых домов реали­зация типа заземления системы TN-C-S может быть проведена двумя способами. При первом способе PEN-проводник разделя­ется в ВРУ, как это показано на рисунке 2.9 (здесь и на рисунке 2.10 электроустановки квартир условно представлены в виде од­нофазных электроприемников класса I). При втором способе реа­лизации системы TN-C-S (см. рис. 2.10) PEN-проводник разделя-

¹ Применение УЗО в электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы TN-C, имеет свои особенности (см. п. 2.1.9 книги).

130

Рис. 2.9. Электроустановка жилого многоквартирного здания,

соответствующая типу заземления системы TN - C - S. PEN -проводник разделяется во вводно-распределительном устройстве:

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

Рис. 2.10. Электроустановка жилого многоквартирного здания,

соответствующая типу заземления системы TN - C - S. PEN -проводник разделяется в этажных распределительных щитках:

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

ется в этажных распределительных щитках (ЭРЩ), которые под­ключаются к стояку.

В первом варианте стояк, входящий в состав распредели­тельной электрической цепи и предназначенный для передачи электроэнергии от ВРУ или от главного распределительного щита до этажных распределительных щитков, должен иметь пять про­водников - три фазных проводника, нулевой защитный провод­ник и нулевой рабочий проводник. Во втором варианте стояк должен выполняться из четырех проводников - трех фазных про­водников и PEN-проводника.

Первый вариант построения электрических цепей защитных проводников, при котором во всей электроустановке жилого зда­ния используются только нулевые защитные проводники, явля­ется более предпочтительным с точки зрения обеспечения за­щиты от косвенного прикосновения, чем второй вариант. Разде­ление PEN-проводника на вводе в электроустановку здания сле­дует применять для всех новых электроустановок зданий, соот­ветствующих типу заземления системы TN-C-S, а также при про­ведении реконструкции существующих электроустановок зданий.

Однако в настоящее время система обслуживания электро­установок жилых зданий далека от совершенства. Она не создает непреодолимых препятствий свободному доступу жильцов к стоякам и этажным распределительным щиткам. Это обстоятель­ство накладывает некоторые ограничения на повсеместное при­менение первого варианта.

При выполнении электромонтажных работ жильцами, кото­рые по классификации ГОСТР 50571.2 являются обычными ли­цами, резко возрастает вероятность ошибочного подключения за­жимов какого-либо электрооборудования, предназначенных для подключения нулевых рабочих проводников, к нулевому защит­ному проводнику стояка, а открытых проводящих частей элек­троприемников класса I - к нулевому рабочему проводнику стояка. Подобные ошибки с высокой вероятностью могут поя­виться при замене существующих электропроводок в квартирах и их неправильном подключении к стоякам, когда нулевые защит­ные проводники электропроводок ошибочно присоединяются к нулевым рабочим проводникам стояков, а нулевые рабочие про-

133

водники электропроводок - к нулевым защитным проводникам стояков. Подобные ошибки более вероятны в тех электроустанов­ках зданий, в которых отсутствует цветовая идентификация про­водников стояков, предписанная действующими нормативными документами¹.

Существующее положение дополнительно усугубляется низкой квалификацией персонала, эксплуатирующего электроус­тановки жилых зданий. При проведении ремонтных и эксплуата­ционных работ в электроустановке жилого здания возможно ошибочное подключение нулевых защитных зажимов этажных распределительных щитков к нулевому рабочему проводнику стояка, а нулевых рабочих зажимов ЭРЩ - к его нулевому за-

¹ В соответствии с требованиям ГОСТ Р 50462 [31] желтый и зеле­ный цвета могут использоваться только в комбинации желто-зеленого цвета, которая применяется исключительно для обозначения защитных проводников. Применение для идентификации проводников желтого или зеленого цвета не допускается, если существует опасность смеши­вания указанных цветов с комбинацией желтого и зеленого цветов.

Голубой цвет предназначен для идентификации нулевых рабочих (нейтральных) и средних проводников. Если в электроустановке или в электрооборудовании нулевой рабочий проводник не применяется, то голубой цвет в многожильном кабеле может использоваться для обозна­чения других проводников, за исключением защитных проводников.

Идентификация PEN-проводника должна осуществляться одним из следующих способов:

желто-зеленым цветом по всей длине PEN-проводника и голубым цветом на его концах;

голубым цветом по всей длине PEN-проводника и желто-зеленым цветом на его концах.

Линейные (фазные и полюсные) проводники в электроустановках или в электрооборудовании могут обозначаться черным, коричневым, красным, оранжевым, синим, фиолетовым, серым, белым, розовым и бирюзовым цветами. Предпочтительными цветами для обозначения ли­нейных проводников являются черный и коричневый цвета.

На основании требований, изложенных в ГОСТ Р 50462, в п. 2.1.31 ПУЭ шестого издания были внесены дополнения, устанавливающие аналогичную цветовую маркировку проводников электропроводок.

134

щитному проводнику. То есть и неконтролируемая работа жиль­цов, и действия эксплуатационного персонала низкой квалифика­ции могут привести к снижению уровня электробезопасности, бо­лее вероятному в первом варианте, чем во втором.

Тип заземления системы ТТ

При типе заземления системы ТТ (рис. 2.11) токоведущая часть источника питания заземлена. Открытые проводящие части электроустановки здания также заземлены. Для их защитного за­земления применяется заземляющее устройство, заземлитель ко­торого должен быть электрически независимым от заземлителя заземляющего устройства, к которому присоединена токоведущая часть источника питания.

Система ТТ позволяет обеспечить в электроустановке зда­ния достаточно высокий уровень электробезопасности и поэтому широко применяется за рубежом. В России требованиями, изло­женными в ГОСТ Р 50669, предписывается применение типа за­земления системы ТТ в качестве основного для электроустановок зданий из металла. Как указывается во введении к стандарту, преимущество системы ТТ заключается в том, что на открытых проводящих частях электрооборудования и сторонних проводя­щих частях здания из металла электрический потенциал в нор­мальном режиме электроустановки здания всегда равен потен­циалу земли.

Иногда тип заземления системы ТТ является предпочти­тельным для электроустановки здания или той ее части, которая обеспечивает электроэнергией вычислительные, информацион­ные и управляющие системы, построенные на ЭВМ.

Реализация системы ТТ возможна при подключении элек­троустановки здания к существующей низковольтной распреде­лительной электрической сети. Однако в некоторых случаях очень сложно, а иногда практически невозможно выполнить сис­тему ТТ в существующей или проектируемой системе распреде­ления электроэнергии.

135

Рис. 2.11. Тип заземления системы ТТ:

1 - заземляющее устройство источника питания; 2 - заземляющее устройство электроустановки здания; 3 - открытая проводящая часть; 4 - защитный контакт штепсельной розетки

При типе заземления системы ТТ открытые проводящие части электрооборудования класса I присоединяются к зазем­ляющему устройству электроустановки здания, заземлитель кото­рого должен быть электрически независимым от заземлителя то-коведущей части источника питания, входящего в состав низко­вольтной распределительной электрической сети. В городских условиях при плотной застройке и развитой инфраструктуре очень сложно, а иногда невозможно смонтировать электрически независимые заземлители.

Положение осложняется также тем, что заземлители токо-ведущих частей источников питания (нейтрали трансформаторов) в существующих распределительных электрических сетях имеют электрические соединения, выполненные с помощью PEN-npo-водников кабельных или воздушных линий электропередачи, с многочисленными заземлителями заземляющих устройств элек­троустановок зданий, которые соответствуют типам заземления системы TN-C и TN-C-S. Многократно «размноженные» заземли­тели токоведущих частей источников питания фактически «на­крывают» всю городскую территорию. Поэтому для электроуста­новок зданий, расположенных в черте существующей плотной городской застройки, во многих случаях можно лишь условно го­ворить о реализации типа заземления системы ТТ во вновь мон­тируемой электроустановке здания.

Электроустановки здания, входящие в состав системы ТТ, имеют одну особенность, существенно отличающую их от элек­троустановок зданий, которые соответствуют типам заземления системы TN-C, TN-S и TN-C-S. При замыкании на землю какой-либо опасной токоведущей части, произошедшем из-за повреж­дения ее основной изоляции, появляется ток замыкания на землю. Величина тока замыкания на землю, приблизительно равная част­ному от деления номинального напряжения на сумму сопротив­лений заземляющих устройств источника питания и электроуста­новки здания, не превышает 50-100 А.

В реальных условиях ток замыкания на землю будет суще­ственно меньше 50 А. Например, если сопротивление заземляю­щего устройства нейтрали трансформатора равно 4 Ом, а сопро­тивление заземляющего устройства электроустановки здания -

137

10 Ом, то максимальное значение тока замыкания на землю (1₃) будет приблизительно равно:

где 230 В¹ - номинальное напряжение между фазным проводни­ком и землей.

При столь малых токах замыкания на землю в большинстве случаев невозможно использовать автоматические выключатели и плавкие предохранители в качестве защитных аппаратов, которые применяются в составе такой меры защиты от косвенного при­косновения, как автоматическое отключение питания². Поэтому в электроустановках зданий, соответствующих типу заземления системы ТТ, защита от косвенного прикосновения в подавляю­щем большинстве случаев может быть выполнена только при по­мощи устройств защитного отключения [14, 33].

Тип заземления системы IT

При типе заземления системы IТ (рис. 2.12) источник пита­ния не имеет заземленных токоведущих частей или заземление какой-либо его токоведущей части выполняется через сопротив­ление. Проводники линии электропередачи, входящей в состав распределительной электрической сети, также не должны зазем­ляться. Открытые проводящие части электрооборудования клас­са I заземляются с помощью собственного заземляющего устрой­ства электроустановки здания.

¹ В соответствии с требованиями ГОСТ 29322 [32] номинальное на­-
пряжение должно быть равным 230 В между фазным проводником и
землей и 400 В между фазными проводниками.

² Групповые электрические цепи освещения в электроустановках ин-­
дивидуальных жилых домов и квартир обычно защищаются от сверх­-
тока автоматическими выключателями с номинальным током 10 и 16 А,
а групповые электрические цепи штепсельных розеток - 16 А.

138

Рис. 2.12. Тип заземления системы IT:

1 - заземляющее устройство источника питания; 2 - заземляющее устройство электроустановки здания; 3 - открытая проводящая часть; 4 - защитный контакт штепсельной розетки; 5 - сопротивление, через которое заземляется токоведущая часть источника питания

Приближенным аналогом электроустановок зданий, соот­ветствующих типу заземления системы IT, являются электроус­тановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (по классификации ПУЭ седьмого издания). Подобные электро­установки применяются в зданиях и сооружениях специального назначения в тех случаях, когда необходимо обеспечить повы­шенный уровень электробезопасности.

В соответствии с требованиями РТМ 42-2-4-80 [34] в опе­рационных блоках медицинских учреждений должна применяться так называемая «система защитной проводки». Эта система явля­ется аналогом типа заземления системы IТ, который выполняется в части электроустановки здания, включающей в себя электро­оборудование операционных блоков больницы. В качестве источ­ника питания для этой части электроустановки здания использу­ется разделительный трансформатор, токоведущие части вторич­ной обмотки, которого изолированы от земли. Открытые прово­дящие части электрооборудования класса I, установленного в операционных блоках, соединяются с помощью защитных про­водников с заземляющим устройством электроустановки здания.

В требованиях, изложенных в п. 1.7.157 ПУЭ седьмого из­дания, сказано, что при подключении передвижной электроуста­новки к автономному передвижному источнику питания «его нейтраль, как правило, должна быть изолирована». Иными сло­вами, низковольтная система распределения электроэнергии, со­стоящая из автономного передвижного источника питания¹ и пе­редвижной электроустановки, должна соответствовать типу за­земления системы IТ.

В электроустановках зданий, соответствующих типу зазем­ления системы IТ, ток замыкания на землю очень мал. Поэтому для защиты от косвенного прикосновения в этих электроустанов­ках зданий применяются специальные устройства контроля изоляции.

¹ Термин «автономный передвижной источник питания электроэнер­гией» определен в п. 1.7.156 ПУЭ следующим образом: «... такой источ­ник, который позволяет осуществлять питание потребителей независимо от стационарных источников электроэнергии (энергосистемы)».

140

2.1.8. Уточнение требований к типам заземления системы TN - C и TN - C - S

Главным критерием, на основании которого производится идентификация типов заземления системы TN-C и TN-C-S, явля­ется разделение PEN-проводника для части системы распре­деления электроэнергии. В стандарте МЭК 60364-3 и в ГОСТ Р 50571.2 установлены следующие общие правила:

если в совокупности, включающей в себя низковольтную распределительную электрическую сеть и электроустановку зда­ния, в качестве защитного проводника используется только PEN-проводник, то речь идет о системе TN-C;

если в части рассматриваемой низковольтной системы рас­пределения электроэнергии PEN-проводник разделяется на два проводника - нулевой защитный и нулевой рабочий, то следует говорить о типе заземления системы TN-C-S.

Хотя оба указанных стандарта допускают разделение PEN-проводника в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN-C, в них не устанавливаются какие бы то ни было требования или ограничения «размеров» той части элек­троустановки здания, в электрических цепях которой использу­ются нулевой защитный и нулевой рабочий проводники. Поэтому в некоторых случаях чрезвычайно сложно правильно идентифи­цировать тип заземления системы TN-C или TN-C-S в конкретной электроустановке здания, если в какой-то ее части имеется разде­ление PEN-проводника.

Для уточнения границы между типами заземления системы TN-C и TN-C-S следует применить дополнительный критерий. В качестве такого критерия возможно использование «размера» части электроустановки здания, в электрических цепях которой используется PEN-проводник.

Вся электроустановка здания разделяется на электрические, цепи двух уровней: распределительные и групповые электриче­ские цепи. Распределительные электрические цепи включают в себя все электрические цепи от вводно-распределительного уст­ройства или вводного устройства до других низковольтных рас­пределительных устройств, используемых в электроустановке

141

здания. К этой цепи относится также электрическая цепь ввода от воздушной линии электропередачи. По распределительным элек­трическим цепям электроэнергия распределяется между частями электроустановки здания. Она передается от ВРУ (ВУ) до осталь­ных низковольтных распределительных устройств, применяемых в электроустановке здания.

Групповые электрические цепи предназначены для распре­деления электроэнергии между электрооборудованием внутри указанных частей электроустановки здания. С их помощью вы­полняется передача электроэнергии от низковольтных распреде­лительных устройств, включая ВРУ, до конечного электрообору­дования: светильников, штепсельных розеток и других электро­приемников.

Если разделение PEN-проводников производится в распре­делительных электрических цепях, то в групповых электрических цепях всегда применяются нулевые защитные и нулевые рабочие проводники. Электроустановки зданий с подобным построением электрических цепей своих защитных проводников соответст­вуют типу заземления системы TN-C-S.

Разделение PEN-проводника может быть выполнено, напри­мер, на вводных зажимах ВРУ (см. рис. 2.7). В этом случае во вводно-распределительном устройстве устанавливается нулевая защитная шина, к которой подключаются нулевые защитные проводники всех распределительных и групповых электрических цепей.

Если в принципиальной схеме электроустановки здания не предусмотрено разделение PEN-проводника на ее вводе, в ВРУ должна быть установлена PEN-шина, к которой присоединяются PEN-проводники распределительных электрических цепей. К PEN-шине ВРУ могут подключаться также и нулевые защитные проводники распределительных электрических цепей. При этом в распределительных электрических цепях электроустановки зда­ния могут применяться как PEN-проводники, так и нулевые за­щитные проводники.

Разделение PEN-проводников для групповых электриче­ских цепей возможно выполнить на вводных зажимах остальных

142

низковольтных распределительных устройств электроустановки здания, на их PEN-шинах или на их нулевых защитных шинах.

В электроустановках зданий с типом заземления системы TN-C PEN-проводник должен иметь место и в распределительных электрических цепях, и в большинстве групповых электрических цепей. Разделение PEN-проводника обязательно производится при подключении переносных электроприемников класса I, в од­нофазных электрических цепях, при использовании в электропро­водках проводников, имеющих сечение меньше 10 мм² по меди, а также, может быть выполнено для отдельных стационарных элек­троприемников (многофазных). Использование PEN-проводников в групповых электрических цепях является необходимым усло­вием для идентификации типа заземления системы TN-C в рас­сматриваемой электроустановке здания.

Снять неопределенность, которая имеется в требованиях ГОСТ Р 50571.2, стандарта МЭК 60364-3, стандарта BS 7671 и главы 1.7 ПУЭ седьмого издания к типам заземления системы TN-C и TN-C-S можно, например, следующим образом. Целесо­образно установить, что электроустановка здания соответствует типу заземления системы TN-C в том случае, если во всех ее рас­пределительных электрических цепях и большинстве групповых электрических цепей применяются PEN-проводники. В остальных групповых электрических цепях используются нулевые защитные и нулевые рабочие проводники. В том случае, если PEN-провод­ники применяются в меньшей части электроустановки здания, чем оговорено выше, следует считать, что электроустановка зда­ния соответствует типу заземления системы TN-C-S.