В большинстве старых домов и квартир используется двухпроводная электрическая сеть (система TN-C). В такой системе нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в один по всей сети. Система TN-C не соответствует современным нормам и требованиям по электробезопасности. Эксплуатация электрических сетей, построенных по системе TN-C, связана с повышенным риском как для человека, так и для строения. Понятно, что полностью заменить все компоненты сети не всегда возможно. Как же обеспечить безопасную эксплуатацию электрических сетей с наименьшими потерями? Самым простым и практичным вариантом является преобразование системы TN-C в систему TN-C-S.
Система TN-C-S позволяет безопасно эксплуатировать современные приборы с трехконтактными вилками (евровилками), а также использовать современные средства защиты, такие как УЗО.
Общие понятия
Для более чёткого понимания и восприятия материала рассмотрим два типа электрических сетей. Внешняя питающая электросеть - линии электропередач (ЛЭП), по которым электроэнергия поступает к нам в дом.
На фото ниже показан фрагмент городской воздушной линии электропередачи, питающей жилые дома по моей улице. В типовом случае используют четыре изолятора (ролика) закреплённых на опоре. Три верхних изолятора используют для фазных проводников (обозначены L1, L2, L3) и нижний изолятор используют для нулевого рабочего проводника (обозначен буквой N). При однофазном питании в жилой дом электроэнергия поступает по двум проводам (на фото показана отходящая линия (L1 - N), при трёхфазном электроснабжении в жилой дом электроэнергия поступает по 4 проводам, т. е. используются все четыре провода.
Таким образом, городская воздушная линия (ВЛ) представляет собой четырёхпроводную систему (обозначаемую комбинацией букв TN-C), в которой проводник N (в современной терминологии PEN) совмещает в себе функции рабочего и защитного проводника. Данная система (TN-C), несмотря на её существенные недостатки, для внешних питающих сетей разрешена к применению. Но вот использовать её внутри жилых помещений согласно действующим нормативным документам нельзя.
Внутренняя (внутридомовая) электрическая сеть - лектрическая сеть, проложенная внутри дома, посредством которой обеспечиваются электроэнергией потребители в жилом доме и в хозяйственных постройках, а также освещение помещений дома и хозяйственных построек.
Как отмечалось выше, использовать систему TN-C внутри жилых строений запрещено. К использованию разрешена лишь система TN-C-S. Причин достаточно:
- Невозможность системы TN-C обеспечить требуемую электробезопасность для жильцов дома и безопасность самого строения.
- Невозможность использования (по крайней мере, полноценного) современных устройств защитного отключения.
- Невозможность правильного и безопасного подключения современных бытовых приборов (телевизор, стиральная машина, холодильник и т. д.).
Для наглядности рассмотрим подключение к внутридомовой электросети современной бытовой техники, имеющей трёхконтактную вилку (в обиходе называют евровилкой). При однофазном питании жилого дома в дом приходит два провода (фазный и нулевой), как показано на фото выше. Для правильного и безопасного подключения бытовой техники, оборудованной евровилкой, требуется три провода, фазный (L), нулевой рабочий (N) и защитный (PE). Что и показано на фото ниже слева.
Таким образом, в случае подключения бытовой техники к двухпроводной электропроводке оборудование работать будет. Такое подключение современной бытовой техники характерно для старых многоквартирных домов. Но в этом случае возникает реальная угроза поражения электрическим током. Почему? Если посмотреть на схему подключения внутри самого устройства (стиральная машина, холодильник и т. д.), то мы увидим, что третий защитный провод (PE), идущий от вилки, подключён к корпусу оборудования. На фото справа показано подключение защитного проводника внутри сварочного аппарата (обведено белым кругом). Аналогично подключаются и прочее электрооборудование (стиральная машина, холодильник и т. д.). За счет такого подключения корпус электроприбора всегда защищён от появления на нём высокого (фазного) напряжения. Так как в случае повреждения (пробоя) изоляции и появления фазного напряжения на корпусе прибора, сработает защитный автомат (либо по току короткого замыкания, либо по току утечки) и отключит неисправный прибор. Тем самым исключается возможность поражения человека электрическим током при неисправном оборудовании.
К сожалению, на практике ситуация такова:
- Люди мирятся (либо вынуждены мириться) с возможной опасностью поражения электрическим током при использовании в доме устаревшей (двухпроводной) электрической сети.
- Начинают пытаться «решать проблему» народными методами.
Таким образом, для правильного безопасного подключения электрооборудования в доме с возможностью использования современных защитных устройств (УЗО), требуется модернизация (реконструкция) электрической сети в жилом доме.
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.
Практическое выполнение работ
Выбор места разделения PEN проводника в электроустановке
Наиболее оптимальным местом разделения PEN проводника являются:
1. Во вводном шкафу на фасаде дома.
2. В учётно-распределительном шкафу внутри жилого дома.
Кроме того, при выполнении работ нужно учитывать тот факт, что в зависимости от материала, из которого сделан шкаф (токопроводящий или диэлектрический), выполнение работ будет несколько отличаться. Поэтому мы рассмотрим выполнение работ для обоих случаев (в металлическом шкафу и в пластиковом боксе).
Разделение PEN проводника в учетно-распределительном металлическом шкафу
С учётом удобства выполнения работ, экономии материалов (четырёхжильный кабель был в наличии, пятижильный кабель необходимо было покупать), я разделение PEN проводника делал в учётно-распределительном шкафу внутри дома.
Основные фрагменты выполнения работ представлены на фото ниже, как и краткие к ним пояснения.
Основание, на котором выполнен монтаж оборудования, представляет собой металлическую (стальную, токопроводящую) конструкцию, которая крепится в стальном шкафу посредством четырёх (токопроводящих) шпилек.
Пояснение к фото:
1. - место присоединения проводника PEN, который заводится в дом в составе силового медного кабеля (4×10 мм2) и крепится к стальному основанию учетно-распределительного шкафа.
2. - медный монтажный провод (сечением 10 мм2), который обеспечивает электрическое присоединение проводника PEN к шинке (4).
3. - присоединение монтажного провода 2 должно быть надёжным и тщательно выполненным. В данном случае в точке 3 оно выполнено винтом, а в точке 1 присоединяется посредством опресованного наконечника, закреплённого на шпильке стального основания шкафа под гайку.
4. - главная заземляющая шинка (4). Из особенностей отмечу следующее. К стальному основанию шинка прикреплена двумя винтами. Основание в месте присоединения шинки должно быть зачищено от заводской краски (для лучшего контакта). Количество свободных винтов (мест) у главной заземляющей шинки для подключения защитных PE проводников групповых потребителей лучше взять с запасом (на фото ниже показаны места 1-11 для подключения).
Кроме того, для надёжного присоединения стального корпуса учетно-распределительного шкафа к заземляющему контуру, я использовал отдельный дополнительный проводник (заводится в шкаф снизу и крепится к нижней шпильке основания шкафа) от основной системы уравнивания потенциала, что более детально показано на фото ниже.
Присоединение дополнительного PE проводника в нижней части шкафа выполнено аналогично вышеописанному.
Момент разделения общего PEN проводника на два раздельных самостоятельных проводника N и PE показан в фотоподборке ниже. На что важно обратить внимание?
Стальное токопроводящее основание соединено с проводником PEN. Для разделения мы использовали:
- правую верхнюю шпильку шкафа - для защитного проводника PE (фото слева)
- левую верхнюю шпильку шкафа - для нулевого (рабочего) проводника N (фото справа)
Таким образом, соблюдено требование о недопустимости использования в месте разделения общего болта
5. - шинка нулевого (рабочего) проводника.
Как мы знаем, после разделения проводники PE и N не должны пересекаться (иметь электрический контакт) между собой. Чтобы обеспечить выполнение данного условия, использовалась шинка нулевого проводника, выполненная на диэлектрическом основании, с креплением на динрейку.
После разделения PEN проводника, для подключения потребителей мы будем использовать:
Для подключения однофазных потребителей - три проводника:
- Фазный проводник (L), который берём с отходящего группового автомата.
- Нулевой (рабочий) проводник (N), который берём с нулевой шинки.
- Защитный проводник (PE) берём с главной заземляющей шинки.
Особенности подключения трёхфазных потребителей
При трёхфазном вводе, после выполнения разделения мы получили 5-проводную систему. Но, в отличие от однофазных потребителей, мы используем не все проводники из возможных, а только четыре проводника из пяти: три фазных проводника (L1, L2, L3) и защитный проводник PE.
Ниже на фото наглядно показано, откуда и как можно запитать однофазные и трёхфазные потребители.
Разделение PEN проводника в пластиковом боксе
Ниже на фото показан пример разделения PEN проводника в пластиковом боксе. Из особенностей отмечу следующее. Шинка 1 и шинка 2 предустановленны в боксе заводом изготовителем. В принципе, их достаточно для того, чтобы выполнить разделение. Дополнительная шинка 3 использована с целью удобства выполнения работ при распределении нагрузок по групповым потребителям.
Перечень основного оборудования, установленного на динрейку (слева - направо):
- 1 - двухполюсный автомат
- 2 - однофазный счётчик
- 3 - устройство защиты многофункциональное (УЗМ-50) для защиты от перенапряжений
- 4 - групповое УЗО в количестве 2 единиц. Первое УЗО и два отходящих автомата (4, 6) используются для защиты потребителей в жилом доме. Второе УЗО и отходящий автомат (7) используются для защиты потребителей в хозяйственных постройках
Для подключения групповых потребителей, например в жилом доме, будем использовать:
- С отходящего автомата 5 (или 6) берём фазу (L).
- С шинки 1 получим рабочий (нулевой) проводник (N).
- С шинки 3 возьмём защитный проводник (PE).
Важный момент: для подключения потребителей, расположенных вне дома, будем использовать следующее подключение:
- С отходящего автомата 7 берём фазу (L).
- С шинки 1, как и выше, получим рабочий (нулевой) проводник (N).
- А вот защитный проводник (PE) будем брать со второго УЗО (4), крайний справа на фото.
Т. е. использовать в качестве защитного проводника подключение с шинки 3, как в предыдущем случае, для потребителей расположенных вне дома - недопустимо, так как данные потребители защищены своим УЗО и своим автоматом.
Выводы
После выполнения работ по преобразованию системы TN-C в систему TN-C-S в частном доме, домовладелец получает следующие преимущества:
- Можно правильно и безопасно подключить все современные электробытовые приборы в доме.
- При правильном применении и использовании устройств защитного отключения (УЗО), в частности:
- Использования пожарного УЗО на вводе в дом.
- Использование отдельных УЗО для групповых и отдельных потребителей и розеточных групп.
Мы можем получить почти идеальную с точки зрения безопасности систему электроснабжения жилого дома.
- Последний, очень важный момент, на который мало кто обращает внимание. Только после преобразования системы TN-C в систему TN-C-S, возможно использование в целях безопасности жильцов дома и самого строения. При этом отметим следующий момент. Защитный проводник PE, который мы использовали для безопасного подключения бытовой техники, помимо своей основной функции в случае использования системы уравнивания потенциалов внутри дома, дополнительно выполняет функцию уравнивания потенциалов между естественными токопроводящими частями дома (строительными конструкциями, инженерными коммуникациями) и токопроводящими частями электроприборов (корпус стиральной машины, холодильника и т. д.).
Мы уже не раз писали о заземлении: о том, о и . Участник форума «Дом и дача» _KM_ предлагает ознакомиться с разновидностями систем и особенностями их использования.
Для этой опасной старой системы советских времен характерно следующее: к заземлителю, который находится на подстанции, присоединяется нулевой провод, также выполняющий функцию защитного (PEN). Из-за этого защиту, выполненную по такой схеме, нередко называют «занулением». Проводку делают двух-четырехжильным проводом, контактов заземления в розетках нет.
Основным достоинством системы TN-C является простота и дешевизна. Главный недостаток, которым обладают эти типы заземления – возможное поражение людей электрическим током: защитные устройства защищают сеть от сверхтоков короткого замыкания, но не людей.
Включение современной электротехники с импульсными источниками питания в розетки сети с TN-C приводит к такому явлению, как вынос напряжения на корпус. Причиной этого являются импульсные блоки питания, которые на входе имеют симметричный фильтр импульсных помех со средней точкой, присоединенной к корпусу. При занулении устройства напряжение 220В делится на плечах фильтра и на корпусе составляет 110В.
В сельских районах в случае отсутствия повторных заземлений возможно отгорание нулевого вывода на питающем трансформаторе. В зависимости от подключенных нагрузок, напряжение на трех фазах непредсказуемым образом перекашивается, что приводит к выводу из строя всех бытовых электроприборов.
Наш комментарий: сегодня тип TN - C не используется при строительстве новых домов или реконструкции старых.
Потребителям электроэнергии в старых зданиях рекомендуют перейти от системы TN-C к TN-C-S, т.е. на вводе в здание повторно заземлить нулевой провод с последующим разделением провода PEN на N (рабочий ноль) и PE (защитный). Для этого необходимо устроить отдельный очаг и заменить всю электропроводку в доме. Если по каким-то причинам следовать букве инструкции нельзя, следует хотя бы обеспечить зануление электрических устройств. Заземляющие винты и клеммы стационарных электроприборов нужно присоединить к нулевому проводу. Для переносных устройств и приборов пользуются трехполюсными розетками с заземляющими контактами, которые тоже присоединяют к нулевому проводу.
Необходимо помнить, что без указанных мер в электропроводке с системой TN-C безопасно использовать лишь оборудование с двойной изоляцией корпуса и частей, проводящих ток.
В этой современной системе проводники защитного заземления PE и рабочей нейтрали N прокладываются раздельно по всей длине с помощью трех-пятижильных проводов и кабелей. Применение такой системы позволяет предотвратить поражение электрическим током (используются дифференциальные автоматы и устройства защитного отключения). Помимо этого, в электропроводках с TN-S можно без всякого риска использовать электропотребители с металлическим корпусом.
Среди недостатков системы можно назвать ее более высокую стоимость: нужны провода и кабели с дополнительной жилой, а также отдельный очаг заземления. Следует учитывать, что защитить людей от поражения электрическим током можно, только используя недешевые устройства защитного отключения и дифавтоматы. При использовании TN-S необходим качественный и аккуратный монтаж электропроводки.
Главный недостаток системы – невозможность полноценно использовать эту систему из-за того, что распределительные сети 0,4 кВ в России выполнены четырехпроводными линиями.
Устранить такое противоречие позволяют комбинированные системы заземлений.
При этой системе защитный проводник и рабочий ноль до ввода в здание объединены (PEN), на вводе повторное заземляют, после чего их разделяют на PE и N.
Следует помнить, что современные электрические устройства предусматривают подключение к сетям с TN-C-S (TN-S) и изначально не занулены, т.е. их металлические корпуса и части не соединены с питающими проводниками. Поэтому такие устройства можно подключать к сети только трех-пятипроводными кабелями и проводами с соединением клеммы заземления (болта, контакта) с контактом заземления в вилке.
Немаловажно и то, что для многих старых отечественных устройств характерно жесткое соединение корпуса с нулем. При подсоединении таких устройств к сети с TN-C-S (TN-S) возможно отключение защиты по току утечки.
При применении системы TN-C-S необходимо дать надежное повторное заземение, также необходимо заземлить все проводящие части и конструкции здания.
С этой целью на вводе в здание устраивают так называемую главную заземляющую шину, т.е. клеммник. Его соединяют с повторным заземлением дома и присоединяют к нему неразрывными проводниками металлические элементы и конструкции: арматурный каркас, трубы, металлические решетки, профили и т.п.
Достоинства и недостатки TN-C-S – такие же, как у TN-S.
Эта отличается от предыдущих тем, что для каждого электрического устройства необходимо индивидуальное заземление проводящего корпуса. Заземления нуля на трансформаторе может вообще не быть, как и самого нуля (распространенное ранее соединение обмоток по схеме «треугольник», которое и сейчас используется в высоковольтных распределительных сетях).
Вариант TT обычно не используется в электроустановках жилых зданий. Схема должна представлять интерес для индивидуальных застройщиков в том случае, если отсутствует собственный очаг заземления на вводе в здание и необходимо организовать питание его электросети от, скажем, бензогенератора.
Однако следует помнить, что, помимо станины генератора, к заземлителю необходимо подключить один из выходных контактов – при применении однофазного генератора, вывод средней точки – при трехфазном.
Система IT используется редко. Ее применяют в электроустановках специальных сооружений и зданий, к которым предъявляются повышенные требования безопасности и где требуется высокий потенциал надежности (в больницах для аварийного освещения и электроснабжения).
По материалам участника форума "Дом и Дача"
Редактор: Ольга Травина
Режимы заземления нейтрали в сетях 0,4 кв
В главе 1.7 нового издания ПУЭ приведены возможные варианты (режимы) заземления нейтрали и открытых проводящих частей 1 в сетях 0,4 кВ. Они соответствуют вариантам, указанным в стандарте Международной электротехнической комиссии (МЭК).Режим заземления нейтрали и открытых проводящих частей обозначается двумя буквами: первая указывает режим заземления нейтрали источника питания (силового трансформатора 6-10/0,4 кВ), вторая 13 открытых проводящих частей. В обозначениях используются начальные буквы французских слов :
- Т (terre 13 земля) 13 заземлено;
- N (neutre 13 нейтраль) 13 присоединено к нейтрали источника;
- I (isole) 13 изолировано.
- TN 13 нейтраль источника глухо заземлена, корпусы электрооборудования присоединены к нейтральному проводу;
- ТТ 13 нейтраль источника и корпусы электрооборудования глухо заземлены (заземления могут быть раздельными);
- IT 13 нейтраль источника изолирована или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, корпуса электрооборудования глухо заземлены.
- TN-C 13 нулевые рабочий и защитный проводники объединены (С 13 первая буква англ. слова combined 13 объединенный) на всем протяжении. Объединенный нулевой проводник называется PEN по первым буквам англ. слов protective earth neutral 13 защитная земля, нейтраль;
- TN-S 13 нулевой рабочий проводник N и нулевой защитный проводник PE разделены (S 13 первая буква англ. слова separated 13 раздельный);
- TN-C-S 13 нулевые рабочий и защитный проводники объединены на головных участках сети в проводник PEN, а далее разделены на проводники N и PE.
2 Косвенное прикосновение 13 электрический контакт людей и животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. То есть это прикосновение к металлическому корпусу электрооборудования при пробое изоляции на корпус.
Сравним возможные режимы заземления нейтрали и открытых проводящих частей в сетях 0,4 кВ 13 отметим преимущества и существенные недостатки. Основными критериями для сравнения являются:
- электробезопасность (защита от поражения людей электрическим током);
- пожаробезопасность (вероятность возникновения пожаров при коротких замыканиях);
- бесперебойность электроснабжения потребителей;
- перенапряжения и защита изоляции;
- электромагнитная совместимость (в нормальном режиме работы и при коротких замыканиях);
- повреждения электрооборудования при однофазных коротких замыканиях;
- проектирование и эксплуатация сети.
СЕТЬ TN-C
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей (занулением) до последнего времени были широко распространены в России.Электробезопасность в сети TN-C при косвенном прикосновении2 обеспечивается отключением возникших однофазных замыканий на корпус с помощью предохранителей или автоматических выключателей. Режим TN-C был принят в качестве главенствующего в то время, когда основными аппаратами защиты от замыканий на корпус были предохранители и автоматические выключатели. Характеристики срабатывания этих аппаратов защиты в свое время определялись особенностями защищаемых воздушных линий (ВЛ) и кабельных линий (КЛ), электродвигателей и других нагрузок. Обеспечение электробезопасности было второстепенной задачей.
При относительно низких значениях токов однофазного КЗ (удаленность нагрузки от источника, малое сечение провода) время отключения существенно возрастает. При этом электропоражение человека, прикоснувшегося к металлическому корпусу, весьма вероятно. Например, для обеспечения электробезопасности отключение КЗ на корпус в сети 220 В должно выполняться за время не более 0,2 с . Но такое время отключения предохранители и автоматические выключатели способны обеспечить только при кратностях токов КЗ по отношению к номинальному току на уровне 6-10. Таким образом, в сети TN-C существует проблема обеспечения безопасности при косвенном прикосновении из-за невозможности обеспечения быстрого отключения. Кроме того, в сети TN-C при однофазном КЗ на корпус электроприемника возникает вынос потенциала по нулевому проводу на корпуса неповрежденного оборудования, в том числе отключенного и выведенного в ремонт. Это увеличивает вероятность поражения людей, контактирующих с электрооборудованием сети. Вынос потенциала на все зануленные корпуса возникает и при однофазном КЗ на питающей линии (например, обрыв фазного провода ВЛ 0,4 кВ с падением на землю) через малое сопротивление (по сравнению с сопротивлением контура заземления подстанции 6-10/0,4 кВ). При этом на время действия защиты на нулевом проводе и присоединенных к нему корпусах возникает напряжение, близкое к фазному. Особую опасность в сети TN-C представляет обрыв (отгорание) нулевого провода. В этом случае все присоединенные за точкой обрыва металлические зануленные корпуса электроприемников окажутся под фазным напряжением.
Самым большим недостатком сетей TN-C является неработоспособность в них устройств защитного отключения (УЗО) или residual current devices (RCD) по западной классификации.
Пожаробезопасность сетей TN-C низкая. При однофазных КЗ в этих сетях возникают значительные токи (килоамперы), которые могут вызывать возгорание. Ситуация осложняется возможностью возникновения однофазных замыканий через значительное переходное сопротивление, когда ток замыкания относительно невелик и защиты не срабатывают либо срабатывают со значительной выдержкой времени.
Бесперебойность электроснабжения3 в сетях TN-C при однофазных замыканиях не обеспечивается, так как замыкания сопровождаются значительным током и требуется отключение присоединения.
В процессе однофазного КЗ в сетях TN-C возникает повышение напряжения (перенапряжения) на неповрежденных фазах примерно на 40%. Сети TN-C характеризуются наличием электромагнитных возмущений. Это связано с тем, что даже при нормальных условиях работы на нулевом проводнике при протекании рабочего тока возникает падение напряжения. Соответственно между разными точками нулевого провода имеется разность потенциалов. Это вызывает протекание токов в проводящих частях зданий, оболочках кабелей и экранах телекоммуникационных кабелей и соответственно электромагнитные помехи. Электромагнитные возмущения существенно усиливаются при возникновении однофазных КЗ со значительным током, протекающим в нулевом проводе.
Значительный ток однофазных КЗ в сетях TN-C вызывает существенные разрушения электрооборудования. Например, прожигание и выплавление стали статоров электродвигателей. На стадии проектирования и настройки защит в сети TN-C необходимо знать сопротивления всех элементов сети, в том числе и сопротивления нулевой последовательности для точного расчета токов однофазных КЗ. То есть необходимы расчеты или измерения сопротивления петли фаза-нуль для всех присоединений. Любое существенное изменение в сети (например, увеличение длины присоединения) требует проверки условий защиты.
СЕТЬ TN-S
Сети 0,4 кВ с таким режимом заземления нейтрали и открытых проводящих частей называются пятипроводными. В них нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены. Само по себе использование сети TN-S не обеспечивает электробезопасность при косвенном прикосновении, так как при пробое изоляции на корпусе, как и в сети TN-C, возникает опасный потенциал. Однако в сетях TN-S возможно использование УЗО. При наличии этих устройств уровень электробезопасности в сети TN-S существенно выше, чем в сети TN-С. При пробое изоляции в сети TN-S также возникает вынос потенциала на корпуса других электроприемников, связанных проводником PE. Однако быстрое действие УЗО в этом случае обеспечивает безопасность. В отличие от сетей TN-С обрыв нулевого рабочего проводника в сети TN-S не влечет за собой появление фазного напряжения на корпусах всех связанных данной линией питания электроприемников за точкой разрыва.Пожаробезопасность сетей TN-S при применении УЗО в сравнении с сетями TN-С существенно выше. УЗО чувствительны к развивающимся дефектам изоляции и предотвращают возникновение значительных токов однофазных КЗ.
В отношении бесперебойности электроснабжения и возникновения перенапряжений, сети TN-S не отличаются от сетей TN-С.
Электромагнитная обстановка в сетях TN-S в нормальном режиме существенно лучше, чем в сетях TN-С. Это связано с тем, что нулевой рабочий проводник изолирован и отсутствует ответвление токов в сторонние проводящие пути. При возникновении однофазного КЗ создаются такие же электромагнитные возмущения, как и в сетях TN-С.
Наличие в сетях TN-S устройств УЗО существенно снижает объем повреждений при возникновении однофазных КЗ по сравнению с сетями TN-С. Это объясняется тем, что УЗО ликвидирует повреждение в его начальной стадии.
В отношении проектирования, настройки защит и обслуживания, сети TN-S не имеют каких-либо преимуществ по сравнению с сетями TN-С. Отмечу, что сети TN-S более дорогие в сравнении с сетями TN-С из-за наличия пятого провода, а также УЗО.
СЕТЬ TN-С-S
Это комбинация рассмотренных выше двух типов сетей. Для этой сети будут справедливы все преимущества и недостатки, указанные выше.СЕТЬ TТ
Особенностью данного типа сетей 0,4 кВ является то, что открытые проводящие части электроприемников присоединены к заземлению, которое обычно независимо от заземления питающей подстанции 6 1310/0,4 кВ.Электробезопасность в этих сетях обеспечивается использованием УЗО в обязательном порядке. Само по себе использование режима ТТ не обеспечивает безопасности при косвенном прикосновении. Если сопротивление местного заземлителя, к которому присоединены открытые проводящие части, равно сопротивлению заземления питающей подстанции 6(10)/0,4 кВ и возникает замыкание на корпус, то напряжение прикосновения составит половину фазного напряжения (110 В для сети 220 В). Такое напряжение опасно, и необходимо немедленное отключение поврежденного присоединения. Но отключение не может быть обеспечено автоматическими выключателями и предохранителями за безопасное для прикоснувшегося человека время из-за малой величины тока однофазного замыкания. Например, если принять, что сопротивления заземления питающей подстанции 6(10)/0,4 кВ и местного заземлителя равны 0,5 Ома, и пренебречь сопротивлениями силового трансформатора и кабеля, при фазном напряжении 220 В ток однофазного замыкания на корпус в сети ТТ составит всего 220 А. С учетом всех сопротивлений в цепи замыкания ток будет еще меньше.
Пожаробезопасность сетей TТ в сравнении с сетями TN-С существенно выше. Это связано со сравнительно малой величиной тока однофазного замыкания и с применением УЗО, без которых сети ТТ вообще эксплуатироваться не могут.
Бесперебойность электроснабжения3 в сетях TТ при однофазных замыканиях не обеспечивается, так как требуется отключение присоединения по условиям безопасности.
При возникновении однофазного замыкания на землю в сети ТТ напряжение на неповрежденных фазах относительно земли повышается, что связано с появлением напряжения на нейтрали питающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ. Если принять сопротивления, указанные выше, то напряжение на нейтрали составит половину фазного. Такое повышение напряжения не опасно для изоляции, так как однофазное замыкание достаточно быстро ликвидируется действием УЗО, причем в большинстве случаев до своего полного развития и достижения током максимума.
В системе ТТ нескольких корпусов электроприемников обычно объединены одним защитным проводником РЕ и присоединены к общему заземлителю, отдельному, как уже сказано, от заземлителя питающей подстанции. Выполнять отдельный заземлитель в сети ТТ для каждого электроприемника нецелесообразно по экономическим соображениям. В нормальном режиме по защитному проводнику в системе ТТ не протекает ток и соответственно между корпусами отдельных электроприемников нет разности потенциалов. То есть в нормальном режиме электромагнитные возмущения (разность потенциалов между корпусами, протекание токов по конструкциям зданий и оболочкам кабелей) отсутствуют. При возникновении однофазного замыкания ток относительно невелик, при его протекании падение напряжения на защитном проводнике невелико, длительность протекания тока мала. Соответственно возникающие при этом возмущения также невелики. Таким образом, с позиций электромагнитных возмущений сеть ТТ имеет преимущество по сравнению с сетями TN-С в нормальном режиме работы и с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S в режиме однофазного замыкания.
Объем повреждений оборудования в сетях ТТ при возникновении однофазных КЗ невелик, что связано с малой величиной тока в сравнении с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S и с использованием УЗО, которые обеспечивают отключение до полного развития повреждения изоляции.
С точки зрения проектирования, сети ТТ имеют существенное преимущество по сравнению с сетями TN. Использование в сетях ТТ УЗО устраняет проблемы, связанные с ограничением длины линий, необходимостью знать полное сопротивление петли КЗ. Сеть может быть расширена или изменена без повторного расчета токов КЗ или замера сопротивления петли тока КЗ. Учитывая, что сам по себе ток однофазного КЗ в сетях ТТ меньше, чем в сетях TN-S, TN-С-S, сечение защитного проводника РЕ в сети ТТ может быть меньше.
СЕТЬ IT
Нейтральная точка питающего трансформатора 6(10)/0,4 кВ такой сети изолирована от земли или заземлена через значительное сопротивление (сотни Ом 13 несколько кОм). Защитный проводник в таких сетях отделен от нейтрального.Электробезопасность при однофазном замыкании на корпус в этих сетях наиболее высокая из всех рассмотренных. Это связано с малой величиной тока однофазного замыкания (единицы ампер). При таком токе замыкания напряжение прикосновения крайне невелико и отсутствует необходимость немедленного отключения возникшего повреждения. Кроме того, в сети IT безопасность может быть улучшена за счет применения УЗО.
Пожаробезопасность сетей IT самая высокая в сравнении с сетями TN-С, TN-S, TN-С-S, ТТ. Это объясняется наименьшей величиной тока однофазного замыкания (единицы ампер) и малой вероятностью возгорания.
Сети IT отличаются высокой бесперебойностью электроснабжения потребителей. Возникновение однофазного замыкания не требует немедленного отключения.
При возникновении однофазного замыкания на землю в сети IT напряжение на неповрежденных фазах увеличивается в 1,73 раза. В сети IT с изолированной нейтралью (без резистивного заземления) возможно возникновение дуговых перенапряжений высокой кратности.
Электромагнитные возмущения в сетях IT невелики, поскольку ток однофазного замыкания мал и не создает значительных падений напряжения на защитном проводнике.
Повреждения оборудования при возникновении однофазного замыкания в сетях IT очень малы. Для эксплуатации сети IT необходим квалифицированный персонал, способный быстро находить и устранять возникшее замыкание. Для определения поврежденного присоединения необходимо специальное устройство (в западных странах применяется генератор тока с частотой, отличной от промышленной, включаемый в нейтраль). Сети IT имеют ограничение на расширение сети, так как новые присоединения увеличивают ток однофазного замыкания.
Заключение
В качестве общих рекомендаций для выбора той или иной сети можно указать следующее: 1. Сети ТN-C и ТN-C-S не следует использовать из-за низкого уровня электро- и пожаробезопасности, а также возможности значительных электромагнитных возмущений.2. Сети TN-S рекомендуются для статичных (не подверженных изменениям) установок, когда сеть проектируется «раз и навсегда».
3. Сети ТТ следует использовать для временных, расширяемых и изменяемых электроустановок. 4. Сети IT следует использовать в тех случаях, когда бесперебойность электроснабжения является крайне необходимой.
Возможны варианты, когда в одной и той же сети следует использовать два или три режима. Например, когда вся сеть получает питание по сети TN-S, а часть ее через разделительный трансформатор по сети IT.
Отметим, что ни один из способов заземления нейтрали и открытых проводящих частей не является универсальным. В каждом конкретном случае необходимо проводить экономическое сравнение и исходить из критериев: электробезопасности, пожаробезопасности, уровня бесперебойности электроснабжения, технологии производства, электромагнитной совместимости, наличия квалифицированного персонала, возможности последующего расширения и изменения сети.
Питающая сеть системы IT не имеет непосредственной связи токоведущих частей с землёй, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.
Система IT.
1 - сопротивление; 2 - заземлитель источника питания; 3 - открытые проводящие части; 4 - заземлитель корпусов оборудования
Электроустановки до 1 кВ переменного тока с изолированной нейтралью следует применять при недопустимости перерыва питания при первом замыкании на землю. Для таких электроустановок в качестве защитной меры должно быть выполнено заземление в сочетании с автоматическим контролем изоляции сети или защитное отключение, при этом характеристики устройств защиты должны обеспечивать предельно допустимые времена отключения. Режим работы электрической сети, изолированной от земли (режим изолированной нейтрали), широко применяется в электроустановках, требующих повышенной надежности энергоснабжения, и особоопасных по условиям электропоражения. К таким электроустановкам относятся системы энергоснабжения медицинских учреждений, больниц, судов, железнодорожных предприятий, горной, нефтедобывающей, сталеплавильной, химической промышленности, испытательного, лабораторного, взрывоопасного производства и т.п. В электрических сетях и электроустановках, изолированных от земли, условия электробезопасности и надежности энергоснабжения в значительной мере определяются состоянием изоляции, ее сопротивлением и емкостью относительно земли. Для обеспечения требуемого уровня сопротивления изоляции в электрической сети или конкретной электроустановке правила предписывают ведение непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции, осуществляемого устройствами контроля изоляции. Функции устройства контроля изоляции заключаются в измерении сопротивления изоляции сетей под рабочим напряжением и при включенных токоприемниках, оценке результатов измерения путем сравнения с уставкой, задаваемой, как правило, по условиям электробезопасности, и, в случае необходимости, включении сигнализации или воздействии на отключающий аппарат. Таким образом, устройство контроля изоляции осуществляет "защиту человека изоляцией цепей электроустановки" путем ведения непрерывного измерения сопротивления изоляции с целью поддержания его значения на уровне, обеспечивающем условия электробезопасности. Контроль изоляции, в ситеме заземления IT, является, необходимым, но не достаточным условием обеспечения условий электробезопасности. Достаточными условиями могут быть: поддержание сопротивления изоляции на уровне выше критического, защитное отключение и т.п.
ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 KB СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ IT)
- Заземление открытых проводящих частей.
6.1. В сетях системы IT электроустановка должна быть изолирована от земли или связана с ней через достаточно большое сопротивление.
В случае первого замыкания на открытые проводящие части ток замыкания недостаточен для срабатывания защитного устройства. Во избежание вредных физиологических воздействий на человека при прикосновении к одновременно доступным проводящим частям должны быть приняты меры на случай возникновения замыкания второй фазы.
Открытые проводящие части должны быть заземлены отдельно, группами или все вместе.
Примечание. В больших зданиях, таких как высотные, заземление доступных прикосновению сторонних проводящих частей может быть достигнуто их соединением с защитными проводниками, открытыми проводящими частями и сторонними проводящими частями.
Сопротивление заземляющего устройства в системе заземления IT.
6.2. Сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления открытых проводящих частей электрооборудования - R, должно удовлетворять неравенству:
Но не более 2 Ом,
где I Δ - ток замыкания фазы на открытые проводящие части. Значение I Δ включает в себя значения всех токов нулевой последовательности.
Условия отключения питания при втором замыкании.
6.3. Если для обнаружения первого замыкания на открытые проводящие части или на землю предусмотрено устройство контроля изоляции, то это устройство должно подавать световой и/или звуковой сигнал. Рекомендуется устранять первое замыкание в кратчайший срок.
После появления первого замыкания условия отключения питания при втором замыкании зависят от того, как соединены открытые проводящие части с заземлителем.
а) При индивидуальном или групповом заземлении открытых проводящих частей требования по защите указаны ниже.
Все открытые проводящие части, защищенные одним защитным устройством, должны присоединяться защитным проводником к одному заземляющему устройству.
Должно выполняться следующее условие:
R A I A ≤ 25 B,
где R A - суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника;
I А - ток срабатывания защитного устройства.
Если защитное устройство является устройством защитного отключения и реагирует на дифференциальный ток, то под I А подразумевается уставка защитного устройства по дифференциальному току I Δn .
Если защитное устройство - устройство защиты от сверхтока, то оно должно быть:
- либо устройством с обратно зависимой токовременной характеристикой и I А - значение тока, обеспечивающее время срабатывания устройства не более 5 сек.;
- либо устройством с отсечкой тока и тогда I A - уставка по току отсечки.
б) Когда связь с землёй открытых проводящих частей осуществляется посредством соединения с защитным проводником для обеспечения защиты должно быть выполнено условие:
где U 0 - значение фазного напряжения;
Z S - полное сопротивление цепи замыкания;
I А - ток срабатывания защитного устройства за время отключения t, указанное в табл.
Наибольшее время отключения для сетей системы IT (двойное замыкание ).
В сетях системы заземления IT могут применяться:
- устройства контроля изоляции;
- устройства защиты от сверхтоков;
- устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток.
Важнейшей частью проектирования, монтажа и дальнейшей эксплуатации оборудования и электроустановок является правильно выполненная система заземления. В зависимости от используемых заземляющих конструкций, заземление может быть естественным и искусственным. Естественные заземлители представлены всевозможными металлическими предметами, постоянно находящимися в земле. К ним относится арматура, трубы, сваи и прочие конструкции, способные проводить ток.
Но электрическое сопротивление и другие параметры, присущие этим предметам, невозможно точно проконтролировать, и спрогнозировать. Поэтому с таким заземлением нельзя нормально эксплуатировать любое электрооборудование. Нормативными документами предусматривается только искусственное заземление с использованием специальных заземляющих устройств.
Классификация систем заземления
В зависимости от схем электрических сетей и других условий эксплуатации, применяются системы заземления TN-S, TNC-S, TN-C, TT, IT, обозначаемые в соответствии с международной классификацией. Первый символ указывает на параметры заземления источника питания, а второй буквенный символ соответствует параметрам заземления открытых частей электроустановок.
Буквенные обозначения расшифровываются следующим образом:
- Т (terre - земля) - означает заземление,
- N (neuter - нейтраль) - соединение с нейтралью источника или зануление,
- I (isole) соответствует изоляции.
Нулевые проводники в ГОСТе имеют такие обозначения:
- N - является нулевым рабочим проводом,
- РЕ - нулевым защитным проводником,
- PEN - совмещенным нулевым рабочим и защитным проводом заземления.
Система заземления TN-C
Заземление TN относится к системам с глухозаземленной нейтралью. Одной из его разновидностей является заземляющая система TN-C. В ней объединяются функциональный и защитный нулевые проводники. Классический вариант представлен традиционной четырехпроводной схемой, в которой имеется три фазных и один нулевой провод. В качестве основной шины заземления используется , соединяемая со всеми токопроводящими открытыми деталями и металлическими частями, с помощью дополнительных нулевых проводов.
Главным недостатком системы TN-C является потеря защитных качеств при отгорании или обрыве нулевого проводника. Это приводит к появлению напряжения, опасного для жизни, на всех поверхностях корпусов устройств и оборудования, где отсутствует изоляция. В системе TN-C нет защитного заземляющего проводника РЕ, поэтому у всех подключенных розеток заземление также отсутствует. В связи с этим для всего используемого электрооборудования требуется устройство - подключение деталей корпуса к нулевому проводу.
В случае касания фазного провода открытых частей корпуса, произойдет короткое замыкание и срабатывание автоматического предохранителя. Быстрое аварийное отключение устраняет опасность возгорания или поражения людей электрическим током. Категорически запрещается использовать в ванных комнатах дополнительные контуры, уравнивающие потенциалы, в случае эксплуатации заземляющей системы TN-C.
Несмотря на то что схема tn-c является наиболее простой и экономичной, она не используется в новых зданиях. Эта система сохранилась в домах старого жилого фонта и в уличном освещении, где вероятность поражения электрическим током крайне низкая.
Схема заземления TN-S, TN-C-S
Более оптимальной, но дорогостоящей схемой считается заземляющая система TN-S. Для снижения ее стоимости были разработаны практические меры, позволяющие использовать все преимущества данной схемы.
Суть этого способа заключается в том, что при подаче электроэнергии с подстанции, применяется комбинированный нулевой проводник PEN, соединяемый с глухозаземленной нейтралью. На вводе в здание он разделяется на два проводника: нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий N.
Система tn-c-s обладает одним существенным недостатком. При отгорании или каком-либо другом повреждении проводника PEN на участке от подстанции до здания, на проводе РЕ и деталях корпуса приборов, связанных с ним, возникает опасное напряжение. Поэтому одним из требований нормативных документов по обеспечению безопасного использования системы TN-S, являются специальные мероприятия по защите провода PEN от повреждений.
Схема заземления TT
В некоторых случаях, когда электроэнергия подается по традиционным воздушным линиям, становится довольно проблематично защитить комбинированный заземляющий проводник PEN при использовании схемы TN-C-S. Поэтому в таких ситуациях применяется система заземления по схеме ТТ. Ее суть заключается в глухом заземлении нейтрали источника питания, а также использовании четырех проводов для передачи трехфазного напряжения. Четвертый проводник используется в качестве функционального нуля N.
Подключение модульно-штыревого заземлителя осуществляется чаще всего со стороны потребителей. Далее он соединяется со всеми защитными проводниками заземления РЕ, связанными с деталями корпусов приборов и оборудования.
Схема TT применяется сравнительно недавно и уже хорошо зарекомендовала себя в частных загородных домах. В городах система ТТ применяется на временных объектах, например, торговых точках. Подобный способ заземления требует использования защитных устройств в виде УЗО и выполнения технических мероприятий по защите от грозы.
Система заземления IT
Рассмотренные ранее системы с глухозаземленной нейтралью хотя и считаются достаточно надежными, однако обладают существенными недостатками. Значительно безопаснее и совершеннее являются схемы с нейтралью, полностью изолированной от земли. В некоторых случаях для ее заземления применяются приборы и устройства, обладающие значительным сопротивлением.
Подобные схемы используются в системе заземления IT. Они наилучшим образом подходят для медицинских учреждений, сохраняя бесперебойное питание оборудования жизнеобеспечения. Схемы IT хорошо зарекомендовали себя на энергетических и нефтеперерабатывающих предприятиях, других объектах, где имеются сложные высокочувствительные приборы.
Основной деталью системы IT является изолированная нейтраль источника I, а также Т, установленный на стороне потребителя. Подача напряжения от источника к потребителю производится с использованием минимального количества проводов. Кроме того, выполняется подключение к заземлителю всех токопроводящих деталей, имеющихся на корпусах оборудования, установленного у потребителя. В системе IT нет нулевого функционального проводника N на участке от источника до потребителя.
Таким образом, все системы заземления TN-C, TN-S, TNC-S, TT, IT обеспечивают надежное и безопасное функционирование приборов и электрооборудования, подключаемых к потребителям. Использование этих схем исключает поражение электротоком людей, пользующихся оборудованием. Каждая система применяется в конкретных условиях, что обязательно учитывается в процессе проектирования и последующего монтажа. За счет этого обеспечивается гарантированная безопасность, сохранение здоровья и жизни людей.
