Как реализовать системы TN-C, TN-C-S и TT при подключении к одной распределительной электрической сети?

Обновлено: 28.04.2024

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Виды систем искусственного заземления

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» - комбинированный и раздельный.

T — заземление.
N — подключение к нейтрали.
I — изолирование.
C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй - потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

N — функциональный «ноль»;
PE — защитный «ноль»;
PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае - глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых - утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять - соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S

Система заземления TN-S

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S

Система заземления TN-C-S

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» - ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

Система заземления TT

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника - «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления - «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник - потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное - жизнь человека.

Электроустановки индивидуальных жилых домов, подключаемые к распределительным электрическим сетям, могут быть выполнены с типами заземления системы TN-C-S и TT. Напомню, что согласно ГОСТ 30331.1-2013, выполнять электроустановки индивидуальных жилых домов с типом заземления системы TN-C запрещено.

При желании выполнить электроустановку индивидуального жилого дома с типом заземления системы TN-S, её следует подключать к трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ с собственной воздушной линией с изолированными проводами (ВЛИ), имеющей три фазных, нейтральный и защитный проводники.

Рассмотрим как выполнить системы TN-C, TN-C-S и TT при подключении электроустановок зданий к одной распределительной электрической сети.

На рисунке 1 условно показано подключение трёх электроустановок зданий, представленных в виде трёхфазных электроприёмников класса I, к одной (общей) распределительной электрической сети, состоящей из понижающей трансформаторной подстанции и воздушной или кабельной линии электропередачи. Каждая электроустановка здания имеет собственное заземляющее устройство.

Рис. 1. Формирование различных типов заземления системы при подключении электроустановок зданий к одной распределительной электрической сети (на основании рисунка 2.35 из книги [1] автора Харечко Ю.В.)

На рисунке 1 показано:

1 - заземляющее устройство источника питания;
2 - заземляющие устройства электроустановок зданий.

Харечко Ю.В. в своей книге [1] пишет:

« Даже простой анализ рассматриваемого рисунка позволяет выявить одну очень важную особенность “нулевого проводника” линии электропередачи: этот проводник может выполнять функции разных проводников в зависимости от типа заземления системы, который реализован в совокупности, включающей в себя общую распределительную электрическую сеть и конкретную электроустановку здания.

Для электроустановок первого и второго зданий «нулевой проводник» линии электропередачи является по своей сути совмещённым защитным заземляющим и нейтральным проводником - PEN-проводником. Для электроустановки третьего здания «нулевой проводник» линии электропередачи выполняет функции нейтрального проводника N. »

Иными словами, в зависимости от типа заземления системы, реализованного в совокупности «общая распределительная электрическая сеть - конкретная электроустановка здания», один и тот же «нулевой проводник» линии электропередачи может выполнять функции:

PEN-проводника, когда электроустановку здания выполняют с типом заземления TN-C или TN-C-S;
нейтрального проводника, когда электроустановку здания выполняют с типом заземления TT.

Для реализации типов заземления системы TN-C и TN-C-S линия электропередачи всегда должна иметь PEN-проводник. Поэтому требования стандартов комплекса ГОСТ Р 50571, предъявляемые к защитным проводникам в низковольтных электроустановках, целесообразно распространить на аналогичные проводники, применяемые в распределительных электрических сетях. Это необходимо для того, чтобы можно было гарантированно обеспечить высокую степень электрической безопасности, которая в системах TN-C и TN-C-S во многом зависит от надёжного функционирования PEN-проводников в их низковольтных распределительных электрических сетях.

В распределительной электрической сети PEN-проводник ВЛ или КЛ “берет своё начало” на PEN-шине низковольтного распределительного устройства трансформаторной подстанции, к которой присоединяют заземлённую нейтраль трансформатора.

Электроустановки индивидуальных жилых домов, подключаемые к распределительным электрическим сетям, могут быть выполнены с типами заземления системы TN-C-S и TT. Запрещено выполнять электроустановки индивидуальных жилых домов с типом заземления системы TN-C. При желании выполнить электроустановку индивидуального жилого дома с типом заземления системы TN-S, её следует подключать к трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ собственной ВЛИ, имеющей три фазных, нейтральный и защитный проводники.
Рассмотрим как выполнить системы TN-C, TN-C-S и TT при подключении электроустановок зданий к одной распределительной электрической сети.

На рис. показаны три электроустановки зданий, представленных в виде трёхфазных электроприёмников класса I, подключённые к одной (общей) распределительной электрической сети, состоящей из понижающей трансформаторной подстанции и воздушной или кабельной линии электропередачи. Каждая электроустановка здания имеет собственное заземляющее устройство (см. статью Заземляющее устройство для электроустановки индивидуального жилого дома).

Рис. Формирование различных типов заземления системы при подключении электроустановок зданий к одной распределительной электрической сети: 1 - заземляющее устройство источника питания; 2 - заземляющие устройства электроустановок зданий

Следует отметить очень важную особенность «нулевого проводника» линии электропередачи. Этот проводник может выполнять функции разных проводников в зависимости от типа заземления системы, который реализован в совокупности, включающей в себя общую распределительную электрическую сеть и конкретную электроустановку здания.
Для электроустановок первого и второго зданий «нулевой проводник» линии электропередачи является по своей сути совмещённым защитным заземляющим и нейтральным проводником - PEN-проводником. Для электроустановки третьего здания «нулевой проводник» линии электропередачи выполняет функции нейтрального проводника N.
Иными словами, в зависимости от типа заземления системы, реализованного в совокупности «общая распределительная электрическая сеть - конкретная электроустановка здания», один и тот же «нулевой проводник» линии электропередачи может выполнять функции:
PEN-проводника, когда электроустановку здания выполняют с типом заземления TN-C, TN-C-S;
нейтрального проводника, когда электроустановку здания выполняют с типом заземления TT.
Подробнее об устройстве защитных проводников в электроустановках зданий см. статью Выполнение защитных проводников в системах TN-S, TN-C-S и TT.

Читайте также: