Современные системы заземления: устройство и разновидности
Главная задача при создании электроустановок — обеспечить их электробезопасность. Это включает меры по защите людей и животных от поражения электрическим током.
Для предотвращения поражения током при прикосновении к корпусу электроустановки используется устройство защитного заземления. Заземление — это соединение нетоковедущих элементов оборудования с землёй, что позволяет избежать опасного напряжения в случае пробоя изоляции.
Защитное действие заземления основывается на двух принципах:
- Уменьшение разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими элементами, имеющими естественное заземление, до безопасного уровня.
- Отвод тока утечки при контакте заземляемого предмета с фазным проводом.
В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств, таких как устройства защитного отключения (УЗО).
Таким образом, заземление оказывается наиболее эффективным в сочетании с использованием УЗО, что позволяет предотвратить превышение опасных потенциалов на заземленных предметах при большинстве нарушений изоляции. Кроме того, неисправный участок сети будет отключен в течение очень короткого времени — десятой или сотой доли секунды, что соответствует времени срабатывания УЗО.
Заземление состоит из:
- Заземлителя — проводящей части, находящейся в контакте с землёй.
- Заземляющего проводника — соединяющего заземляемое устройство с заземлителем.
Заземлитель может быть простым металлическим стержнем или сложной конструкцией. Качество заземления определяется электрическим сопротивлением цепи, которое можно снизить, увеличивая площадь контакта или проводимость среды.
В системах заземления используются различные типы проводников, каждый из которых выполняет специфические функции, обеспечивая безопасность и надежность работы.
- Защитный проводник (PE, Protective Earthing) — это проводник, предназначенный для обеспечения электробезопасности, предотвращая поражение электрическим током. Он соединен с заземляющим устройством и должен находиться под потенциалом земли.
- Нулевой рабочий проводник (N) — это проводник, который используется для питания электроприемников и также соединен с глухозаземленной нейтралью. Он обеспечивает возвращение тока к источнику питания и является токопроводящим.
- Совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник (PEN), который объединяет функции защитного (PE) и рабочего (N) проводников в одном элементе. Это позволяет уменьшить количество необходимых проводников в системе, что может быть экономически целесообразно.
Разновидности систем заземления в сетях с напряжением до 1000В
Система TN-C (Terra Neutral Combined) представляет собой электрическую сеть, в которой нейтральный вывод питающего трансформатора глухо заземлен, то есть соединен с заземляющим контуром на трансформаторной подстанции.
На протяжении всей линии от подстанции к потребителю нулевой и защитный проводники объединены в один провод, называемый PEN-проводником. Эта система допускает "зануление" электроприборов, что означает подключение нулевого и защитного проводника к совмещенному проводнику PEN.
Однако данная схема считается устаревшей и применяется преимущественно в промышленности и уличном освещении. В быту зануление электроприборов запрещено из-за риска появления опасного потенциала на зануленных корпусах, поэтому в старых зданиях используется только двухпроводная система — нулевой и фазный проводники.
Плюсы:
- Экономия проводов: Объединение нейтрали и защитного проводника в одном PEN-проводе снижает затраты на установку.
- Простота монтажа: Меньшее количество проводов упрощает прокладку кабелей.
Минусы:
- Ограниченная безопасность: В случае обрыва PEN-проводника могут возникнуть опасные ситуации из-за отсутствия отдельного защитного проводника.
- Риск возникновения напряжения: Возможность возникновения опасного для жизни напряжения на корпусах оборудования при авариях.
Система TN-C требует осторожности и соблюдения правил безопасности, чтобы минимизировать риски, связанные с её использованием.
Система TN-S (Terra Neutral Separate)
Конфигурация электрической сети TN-S отличается от предыдущих тем, что на питающей подстанции происходит разделение совмещенного проводника. На протяжении всей линии нулевой и заземляющий проводники остаются отдельными, что обеспечивает более высокий уровень безопасности. Эта система применяется при строительстве новых объектов и считается наиболее предпочтительной среди существующих конфигураций. Однако из-за более высокой стоимости реализации, связанной с необходимостью прокладки отдельного защитного проводника, часто выбирают систему TN-C-S.
Плюсы:
- Высокий уровень безопасности: Разделение нейтрали и защитного проводника значительно снижает риск поражения электрическим током.
Минусы:
- Высокая стоимость: Установка требует большего количества проводов и ресурсов, что увеличивает затраты.
- Сложность монтажа: Необходимость в квалифицированных специалистах для правильной установки системы может усложнить процесс.
В итоге, несмотря на более высокие затраты и сложность монтажа, система TN-S обеспечивает надежную защиту от электрических травм и является оптимальным выбором для новых строительных проектов.
Система TN-C-S
Система TN-C-S отличается от предыдущей конфигурации тем, что совмещенный проводник PEN разделяется в определенной точке, обычно после входа в здание, на нулевой проводник (N) и защитный заземляющий проводник (PE). Эта сеть является одной из самых распространенных в настоящее время и рекомендована в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) для реализации на новых объектах.
Плюсы:
- Компромисс между экономией и безопасностью: Система объединяет элементы TN-C и TN-S, что позволяет снизить затраты при сохранении приемлемого уровня безопасности.
- Гибкость применения: Часто используется в современных зданиях благодаря своей универсальности.
Минусы:
- Ограниченная защита: Несмотря на то что система TN-C-S более безопасна, чем TN-C, она все же менее надежна по сравнению с чистой TN-S.
В целом, система TN-C-S предлагает баланс между экономичностью и безопасностью, что делает её популярным выбором для новых строительных проектов.
Система TT (Terra-Terra)
В системе TT нейтраль силового трансформатора также глухо заземлена, однако электропроводка конечного потребителя заземляется от индивидуального заземляющего контура, который не имеет электрической связи с заземленной нейтралью трансформатора.
Эта система рекомендуется для использования в условиях неудовлетворительного состояния электрических сетей, где эксплуатация стандартного заземления может быть небезопасной. В основном это касается сетей TN-C, в которых заземление не предусмотрено, а также сетей TN-C-S, которые не соответствуют требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ) по механической прочности совмещенного проводника и наличию его повторных заземлений.
Плюсы:
- Независимые заземляющие контуры: Обеспечивают высокую степень безопасности благодаря разделению заземляющих устройств для источника и потребителя.
- Применимость в удаленных районах: Идеально подходит для сельских местностей и объектов без централизованного электроснабжения.
Минусы:
- Требования к качеству заземления: Необходимы качественные заземляющие устройства для эффективной работы системы.
- Дополнительные затраты на оборудование: Установка может потребовать дополнительных инвестиций в защитное оборудование и автоматику.
Система TT обеспечивает надежную защиту от электрических травм, особенно в условиях, где другие системы могут быть недостаточно эффективными.
Система IT (Isolated Terra)
В системе IT нейтрали силовых трансформаторов не заземлены, то есть они изолированы от заземляющего контура подстанции. Защитный заземляющий проводник может подключаться как к заземляющему контуру на подстанции, так и непосредственно у потребителя к имеющемуся заземляющему контур.
Эта система заземления применяется для электроснабжения объектов с особыми требованиями к безопасности и надежности, таких как электроустановки электростанций, подстанций, опасные производства (включая горнодобывающую промышленность), а также взрывоопасные помещения.
Плюсы:
- Высокая надежность: Идеальна для объектов с высокими требованиями к электробезопасности, таких как больницы и промышленные предприятия.
- Минимизация рисков: Отсутствие прямого соединения с нейтралью снижает вероятность короткого замыкания и повышает общую безопасность системы.
Минусы:
- Сложность установки и обслуживания: Требует специализированного оборудования и квалифицированных специалистов для правильной настройки системы.
- Отсутствие функционального ноля: Это может усложнить диагностику и устранение неисправностей в системе, что требует дополнительных усилий при обслуживании.
Система IT обеспечивает высокий уровень безопасности, что делает её предпочтительным выбором для объектов с повышенными требованиями к электробезопасности.
Каждая из этих систем имеет свои особенности применения и выбирается в зависимости от конкретных условий эксплуатации и требований к безопасности.