Виды и системы заземления TN-S, TN-C, TN-C-S, IT в электроустановках, распределение заземлителей

Обновлено: 05.05.2024

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.

Заземление — ключевой элемент безопасного электроснабжения промышленного, гражданского, жилого объекта. Принцип действия основан на проведении электрического тока с оказавшегося под напряжением корпуса агрегата, электробытового, сантехнического прибора или иного токопроводящего элемента по пути наименьшего сопротивления.

Необходимость и виды систем заземления

Основная его функция — предохранение людей и животных от поражения электрическим током. При расчёте электрических схем в качестве стандартного показателя сопротивления человеческого тела принимается значение в 1 тыс. Ом (в реальности свыше 3 тыс. Ом). Сопротивление схемы должно превышать 4 Ом. В этом случае действие электрического тока минимизирует неприятные для человека ощущения в виде покалываний, и полностью исключит серьёзные негативные последствия для организма, в том числе тяжёлого травматического характера или летального исхода.

Защитное заземление относится к сложным электрическим конструкциям, которые нуждаются в постоянном контроле, тестировании и профилактике. Особое внимание уделяется проверке уровня сопротивления.

Защита электрических установок от появления напряжения в непредусмотренных местах в результате пробоя изоляции, нарушения схемы соединения электрической цепи производится заземлением или его подвидом — занулением.

Заземление использует принцип снижения разности потенциалов между токопроводящим изделием и непосредственно землёй до безопасного уровня. Включает одиночную или групповую конструкцию проводников. Чаще всего из электродов создаётся специальный контур, который устанавливается в безопасном месте. Из здания к нему подводятся кабели, уложенные в землю.
Зануление. Представляет собой электрическую цепь, в которой напряжение с корпуса электрической установки отводится в распределительный щит или в трансформаторное устройство. В нём вместо защитного заземляющего провода задействуют рабочую нулевую жилу. В отличие от заземления, зануление при резких перепадах напряжения (прикосновение человека к оголённым проводам, корпусу прибора, непредвиденно оказавшегося под напряжением) вызывает в электрической цепи короткое замыкание с немедленным её разрывом через автоматические выключатели, называемые защитными отключающими устройствами (ЗОУ).

При разработке электрической схемы во внимание принимается не сопротивление человека, а максимальное значение тока, которое он может безопасно пропустить через себя. При прикосновении к устройству, находящемуся под напряжением 220 В, частоте 50 Гц, максимальный ток не должен превышать 0,22 А. Показатель 0,5 А смертелен для человека. Зануление применяется в многоэтажных строениях, поскольку имеются сложности с созданием контуров заземления. В малоэтажных строениях и небольших промышленных объектах (мастерские, цеха, станции техобслуживания) предпочтение отдаётся заземлению.

Формы конструкций

Защитное заземление — это специальная электрическая цепь, соединяющая корпуса и иные токопроводящие элементы агрегатов промышленного и бытового назначения с конструкцией заземления. Помимо обеспечения безопасности людей и животных, заземление необходимо для защиты самих объектов. Все молниеотводы замыкаются на общий для дома заземляющий контур. Неправильная установка конструкции приводит к пожарам (20% всех возгораний). Заземление предотвращает аварийное функционирование генераторов и других агрегатов. Основные элементы схемы — заземлители. Они бывают естественными и искусственными

Естественные элементы

Наиболее употребительны, поскольку их использование эффективно с экономической точки зрения. К ним относятся:

металлические или железобетонные изделия промышленных и гражданских строений, фермы, лифтовое оборудование, токопроводящие трубы для кабелей. Главное условие — их соприкосновение с землёй;
трубопроводы, продуктопроводы, канализационные системы, столбы, вкопанные в землю цистерны, арматура, дренажные системы. Главное условие — отсутствие легковоспламеняющихся, взрывоопасных, горючих веществ;
железнодорожные пути, оболочки кабелей из свинца, основания металлических мостовых сооружений, тоннелей.

Искусственные заземлители

Применяются стальные трубы и прутья. Изделия из меди более эффективны, поскольку обладают низким сопротивлением. Однако металл используется редко из-за дороговизны. На смену стали приходят специальные алюминиевые сплавы. По сути, это сложные композиционные материалы, обладающие повышенной прочностью, в 5 раз превышающей показатели аналогичных по размерам стальных изделий. Инертны к воздействию агрессивной среды, не подвержены коррозии, не образуют условий для развития микроорганизмов (плесени, грибков). Хорошо проводят электрический ток.

Факторы, влияющие на выбор системы

Заземление — обязательный атрибут эксплуатация электрических потребителей, независимо от их мощности и функционального назначения. Они могут быть представлены крупными промышленными установками, станками, электрическими двигателями, подъёмными механизмами, кранами или бытовой техникой: холодильники, стиральные машины, кофеварки, электробритвы. Принцип устройства заземления для систем идентичен. Безопасность работы с ними чётко регламентирована «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ).

В документе подчёркнуто, что основным показателем, характеризующим правильность и качество проектирования и монтажа заземления, служит сопротивление всей схемы. Формула его определения сложна. Она должна учитывать множество факторов, включая тип грунта, материал структурных элементов конструкции, площадь взаимодействия устройства с землёй, сечение соединительного кабеля, токопроводящие свойства жилы.

Общие сведения и обозначение

В нормативных документах базовые расчётные показатели приводятся для систем с искусственными заземлителями. Для естественных электродов практически невозможно рассчитать токи рассеивания, сопротивление и другие показатели. Они индивидуальны для каждого конкретного случая.

Все системы искусственного заземления классифицированы с использованием буквенных обозначений. Они утверждены Международной электротехнической комиссией и применяются в ПУЭ. Буква Т (от французского terre — земля) обозначает заземление, I (isole) — изолирование, N (neute) — соединение с нейтральным проводом, C (combined) — объединение функционального и нулевого проводов, S (separated) — разделение этих проводов.

Система TN служит для глухого соединения нуля трансформатора или электрического щитка с землёй. Нейтраль играет основную роль для быстрого срабатывания релейной защиты. К ней подключаются функциональные и защитные жилы кабельных соединений.

Токопроводящие элементы электрических потребителей: корпуса, экраны, розетки, выключатели подключаются к единому нулевому проводу, контактирующему с нейтралью. Помимо глухозаземленной, применяются схемы заземления с изолированной нейтралью (системы IT).

Виды заземлений в электроустановках

В отечественной и зарубежной электротехнической практике получили распространение следующие системы заземлений.

Высоконадежная схема безопасности электрической сети. Обеспечивает качественную защиту человека от поражения электрическим током. На неё не воздействуют высокочастотные колебания от электробритв, дрелей, пылесосов, стиральных машин, электрических массажных устройств. Для системы нет необходимости частой проверки контуров заземления.

Основная идея способа состоит в том, что для защиты применяется сложно комбинированный нулевой проводник PEN, соединённый с нейтралью. На входе. PEN разделяется на защитный ноль РЕ и рабочий ноль N. Система теряет защитные свойства при повреждении PEN на участке от подстанции до входа в здание. Поэтому нормативные документы требуют применения дополнительных мер для повышения эксплуатационной безопасности проводника.

Система TN-C

Наиболее распространённая, но постепенно снижающая популярность ввиду морального устаревания. Заземляющий контур изготовлен на трансформаторной подстанции. Нулевая жила от контура до потребителя подводится по единственному проводу PEN. При однофазном электроснабжении сооружения применяется двухжильная электрическая проводка (фаза и ноль). При трехфазном — четырехжильная (3 фазы и ноль). Заземление в розетках не предусматривается.

Единственный вариант связан с использованием зануления Защита человека и животных от удара электрическим током существует, но не относится к надёжным. Популярность системы объясняется простотой монтажа. В строящихся зданиях и домах установка системы TN-C запрещена.

Модернизированный тип TN-C. Отличительная черта заключается в том, что проводник PEN на пути к потребителю разделяется на две составляющие: нулевую жилу N и защитный ноль PE. Обычно эта операция проводится в распределительном устройстве (электрический щит), где монтируются нулевая и защитная шины. Они соединяются между собой перемычкой. Защитная шина соединяется с контуром заземления.

При однофазной электропроводке в квартиру или частный дом входит кабель с тремя жилами (фаза, ноль и защита). При трехфазной — пятижильный кабель (3 фазы, N и PE). Это позволяет устанавливать розетки с клеммами для заземления. Защитная жила обеспечивает безопасность электрических установок.

Рабочий ноль служит для передачи электроэнергии потребителю. TN-C-S имеет хорошие перспективы для применения в странах СНГ, поскольку многие домовладельцы по финансовым соображениям не могут устанавливать TN-S.

Устаревшая, но не утратившая актуальности схема. Применяется в условиях, требующих повышенной безопасности электроснабжения: шахты, рудники, химические, газоперерабатывающие заводы. На этих предприятиях возможны скопления или внезапные выбросы горючих газов. Заземление с изолированной нейтралью исключает образование искр.

Обычно применяются в сетях с напряжением до 1 тыс. В. Главная особенность — отсутствие разности потенциалов между токопроводящими поверхностями и местным заземлением. Малые токи позволяют продолжать работу электроустановки при однофазном заземлении.

Но в целом система не очень надёжна. В ней неприменимы стандартные токовые защитные аппараты (ЗОУ). Схемы безопасности сложны, требуют постоянного участия оператора.

Системы заземления TN-C-S и особенно TN-S высокоэффективны. ПУЭ только они разрешены для установки на промышленных объектах и в частном домовладении. Остальные схемы с глухозаземленной нейтралью применяются как остаточные явления. Эксплуатационные ресурсы у них невелики.

Опасность пробоя изоляции или возникновения другой неисправности высока. Она возрастает по мере увеличения токовой нагрузки со стороны потребителей. Всё большее распространение получают электрическое отопление, насосы, электрические станки, установки. В частном секторе электроэнергия используется для ведения малого и среднего бизнеса (фермы, мини-заводы по изготовлению строительных материалов, СТО). К заземлению предъявляются повышенные требования. Предпочтение следует отдавать искусственным системам, так как в них чётко регламентируются нормы.

Глобализация не обошла стороной электротехнику, МЭК (Международная электротехническая компания) разработала единый стандарт, по которой квалифицируются системы заземлений.

Разновидности систем заземлений

Можно выделить следующие три системы, а также еще три подсистемы заземлений:

Система TN: подсистемы TN-C, TN-S, TN-C-S.
Система ТТ.
Система IT.

Международная классификация систем заземлений обозначается заглавными буквами. Первая буква указывает на характер ЗАЗЕМЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ , вторая - на характер ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОТКРЫТЫХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ.

Какая из систем надежно защищает?

Аббревиатура букв расшифровывается так:

T (terre — земля) — заземлено;
N (neuter — нейтраль) — присоединено к нейтрали источника (занулено);
I (isole) — изолировано.

В ГОСТ введены обозначения нулевых проводников:

N — нулевой рабочий проводник;
PE — нулевой защитный проводник;
PEN — совмещенный нулевой рабочий и защитный проводник заземления.

Целевые предназначения систем заземления

Разновидности систем заземлений

Предлагаю по порядку разобрать каждую систему и подсистему для того, чтобы лучше понять, как они работают и для чего они нужны.

Система TN - система в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электропроводки присоеденены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

Термин глухозаземленная означает, что проводник N (нейтраль) присоединен не к дугогасящему реактору, а к заземляющему контуру, который непосредственно смонтирован вблизи трансформаторной подстанции.

Система TN: подсистема TN-C

TN—C — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в одном проводнике по всей системе (C — combined — объединённый).

Наиболее распространенная подсистема, экономичная и простая.

У такой системы нет отдельного проводника РЕ (защитное заземление). Это означает, что в жилом доме в розетках отсутствует заземление. Нередко при такой системе делается зануление. Зануление — это крайняя мера, рассчитанная на эффект короткого замыкания. Если проводник фазы окажется на корпусе прибора, произойдет короткое замыкание (КЗ), в итоге, сработает автоматический выключатель на отключение.

При такой системе TN-C недопустимо уравнивание потенциалов в ванной комнате.

Cистема заземления TN-C используется в старом жилом фонде и не может быть рекомендована для новых построек.

Схема системы TN-C

Cхема системы TN-C

Система TN: подсистема TN-S

TN—S — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно по всей системе (S — separated — раздельный).

Наиболее современная и безопасная система заземления. Рекомендуется при строительстве новых зданий. Способствует хорошей защите человека, оборудования, а так же защиты зданий.

Менее распространена. Требует прокладки от трансформаторной подстанции пятижильного провода в трехфазной сети или трехжильного кабеля в однофазной сети, что ведет к удорожанию проекта.

Cхема системы TN-S

Схема системы TN-S

Система TN: подсистема TN-C-S

TN-C-S — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в одном проводнике в какой- то ее части, начиная от источника питания до ввода в здание, такую систему возможно расщепить на проводник N и проводник РЕ. После расщепления такая система требует повторного заземления

Подсистема TN-C-S рекомендована для широкого применения . Технически достаточно легко выполнима. При переходе с подсистемы TN-C требует несложной модернизации.

Нуждается в модернизации стояков в подъездах. При обрыве PEN проводника электроприборы могут оказаться под опасным потенциалом.

Схема системы TN-C-S

Система TT

TT — нейтраль источника глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к заземлителю, электрически независимому от заземлителя нейтрали источника питания.

До недавнего времени система заземления ТТ была запрещена в нашей стране. Сегодня, эта система остается достаточно востребованной и используется для мобильных зданий, таких как вагончики, ларьки, павильоны,дома и др. Допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены.

Такая система требует высококачественного повторного заземления, с высокими требованиями к сопротивлению. Самым эффективным заземлением в этом случае, является модульно-штыревое заземление. Во всех перечисленных системах рекомендуется для безопасности применять УЗО ( Устройство защитного отключения).

Схема системы ТТ

Cхема системы ТТ

Система IT

Cистема IT — в такой системе нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.

Система IT - это схема заземления лабораторий и медицинских учреждений, в которой проводятся опыты и работы с чувствительной аппаратурой. А все токи и электромагнитные поля сведены к минимуму.

Схема системы IT

схема система IT

Читайте также: