Зарываемся в грунт, или заземление ИЖС. Часть 1(Теория)⁠⁠

Доброго времени суток, всем. Продолжаем разговаривать о электроснабжении частных участков. Сегодня на повестке дня - системы заземления.

Немного теории:

Преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством называют искусственным заземлением. Все что мы рассматриваем, будет "искусственным" заземлением. Выделяют две принципиально различные системы заземления по состоянию нейтрали источника питания относительно земли: Т(Terra) — заземлённая нейтраль и I(Isolated) — изолированная нейтраль.

Изначально,  в системе международных обозначений использовались первые буквы французских слов (terre, neutre, séparé),  но я буду приводить уже более привычные международные расшифровки на английском языке.

Все существующие типы заземления нормируются международным стандартом IEC 60364 и  ГОСТ Р 50571.2-94«Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики».  Выделяют следующие системы заземления:  IT, TT и TN, существующую  в виде трех подтипов  TN-C, TN-S, TN-C-S. В таком порядке мы и будем их обозревать.

IT (Isolated-Terra)

Самый редкий и загадочный для обывателя тип заземления. В этой системе нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены. Что это значит для нас? А то, что ноля в этой системе нету, совсем нету :) Все потребители будут включаться в линейное напряжение (напряжение между фазами), в обычной сети 230/400В оно будет равняться 400В. И для подключения приборов рассчитанных на 230 мы должны иметь сеть с напряжением 110-127В на фазе, например, как в США или использовать специальный трехфазный понижающий трансформатор 400/230 В. Также трансформатор может обеспечить искусственную нейтраль на вторичной обмотке, для подключения чувствительной к линейному напряжению автоматики.

Мало кто знает, но сети на 110В с подобной архитектурой и системой заземления активно эксплуатировались в России еще с царских времен. Позднее, в 1930-х годах, напряжение было поднято до 127В, и в таком виде они просуществовали до середины 70-х годов. Именно этим и обусловлено наличие в щитах старого фонда двух "пробок" (плавких предохранителей). Они защищали две фазы по 127В, а в розетке у потребителя были привычные всем 220В, но линейные, а не фазные (напряжение между фазой и нейтралью).

При всей своей сложности и архаичности, IT система обладает высокой безопасность, отказоустойчивостью (из-за отсутствия токов короткого замыкания) и помехозащищенностью. В настоящее время она используется на судах и добывающих платформах, лабораториях, реанимационных отделениях и других местах, где крайне важна непрерывность электроснабжения или имеются проблемы с организацией надежной точки заземления, например у горных условиях. Простейшим бытовым примером подобной системы будет являться переносной генератор.

TT (Terra-Terra)

В системе TT трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь токоведущих частей с землёй. Все открытые проводящие части электроустановки здания имеют непосредственную связь с землёй через заземлитель, электрически независимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции.

Основной и главное проблемой при использовании системы TT, является организация надежной точки заземления на стороне потребителя. Поэтому питание по схеме ТТ разрешено только при невозможности использования схемы TN, и требует обязательного применения УЗО для обеспечения условий электробезопасности.

ПУЭ 1.7.59 Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система ТТ), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО.

Что это значит на практике? Систему ТТ стоит применять только в случае ненадежности воздушной линии. Если у вас удаленная, ветхая линия на деревянных опорах или проложена через участки, где возможно ее повреждение (например, через густой лес), то стоит рассмотреть использование TT системы. Во всех остальных случаях использование системы ТТ, нерационально даже для сельской местности, т.к. требует организации молниезащиты и постоянного контроля качества местного заземления.

В городской местности TT используется для удаленных от ТП точек временной торговли и оказания услуг, например при организации праздников.

TN (Terra-Neutral)

Система имеющая глухозаземленную у ТП нейтраль, а открытые проводящие части электроустановки присоединяются к этой точке посредством нулевых защитных проводников. Cовмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник принято называть PEN (Protective Earth and Neutral). Не существует в чистом виде и разделяется на 3 подтипа в зависимости от места разделения PEN проводника на защитный (PE-Protective Earth) и рабочий (N-Neutral).

TN-C (Terra-Neutral-Combined)

Система TN-C  существует  с 1913 года. В этой схеме в одном проводе совмещены два проводника - нулевой (N) и заземление (РЕ). Это и является основным недостатком схемы заземления TN-C из-за возможности появления линейного напряжения на корпусах электроустановок при аварийном обрыве нуля. Несмотря на небезопасность, данная система всё ещё встречается. Она использовалась в жилых зданиях времён Советского Союза, и является, по своей сути,  "занулением". Но в Советском Союзе корпуса бытовых электроприборов не заземлялись, поэтому такая система была достаточно безопасной. Сейчас большинство устройств требуют защитного заземления и небезопасны при использовании в устаревших сетях TN-C.

Если вы являетесь "счастливым" обладателем жилья в старом фонде, и меняете проводку  - обязательно прокладывайте трехжильный кабель.  Если сечение стояков  соответствует 10мм2 по меди или 16мм2 по алюминию, то вам повезло и вы имеете возможность перейти на актуальную систему ТN-C-S, разделив PEN  в этажном щите. ПУЭ 1.7.131.В многофазных цепях в системе TN для стационарно проложенных кабелей, жилы которых имеют площадь поперечного сечения не менее 10 мм2 по меди или 16 мм2 по алюминию, функции нулевого защитного (РЕ) и нулевого рабочего (N) проводников могут быть совмещены в одном проводнике (PEN-проводник).

В противном случае проводники PE подключать никуда не стоит, они будут подключены обслуживающей организацией после реконструкции сетей.

На сегодняшний день, система TN-C перестала соответствовать требованиям безопасности, и запрещена для жилищного строительства. Из современных электроустановок, такая система встречается только в уличном освещении из соображений экономии.

TN-S (Terra-Neutral-Separated)

Система TN-S основана на том, что нулевой рабочий проводник N и защитный проводник PE приходят к потребителю отдельными жилами от  питающей трансформаторной подстанции (ТП).  Она была разработана на замену условно опасной системы TN-C в 1930-х годах. При обрыве рабочего нуля в середине линии, корпуса электроустановок не получали линейного напряжения. Эта система заземления позволила разработать дифференциальные автоматы и срабатывающие на утечку тока автоматы, способные почувствовать незначительный ток.

На сегодняшний день является самой безопасной системой, но и самой дорогостоящей и трудозатратной в монтаже.

TN-C-S (Terra-Neutral-Combined-Separated)

Для удешевления оптимальной по безопасности, но крайне дорогой системы TN-S было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом - система  TN-C-S. В этой  компромиссной системе,  ТП имеет наглухо заземлённую нейтраль, а PEN проводник от подстанции разделяется на N и PE в определенном месте, например в ВРУ на вводе в жилой дом. Именно эта система пришла на смену опасной и устаревшей TN-C и стала мировым стандартом. В соответствии с ПУЭ является основной и рекомендуемой системой, в большинстве случаев.

Система обходится значительно дешевле TN-S, но имеет существенный недостаток — в случае повреждения провода PEN, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому ПУЭ требуют соблюдения ряда мер по недопущению разрушения PEN — механическую защиту PEN, а также наличие повторных заземлений PEN воздушной линии по столбам через какое-то расстояние (не более 200 метров для районов с числом грозовых часов в году до 40, 100 метров для районов с числом грозовых часов в году более 40).

Если вы видите наличие повторных заземление на опорах  ВЛ в вашей местности, то именно система TN-C-S будет оптимальным решением. Она позволяет ощутимо экономить на  устройстве молниезащиты (т.к. появление пика напряжения между PE и N невозможно), не требует столь высокого качества и постоянного контроля узла заземления, как TT система. Система TN-C-S обеспечивает высокую надежность и безопасность, т.к.  на протяжении линии присутствует большое количество повторных заземлений, и снижение качества одного  из них не сильно отражается на безопасности системы в целом.  Хорошим решением будет установка повторного заземления в месте разделения PEN, в рамках ИЖС,  для этого идеально подходит узел учета. Организацию точки повторного заземления  рассмотрим уже в практической части, статья и так получилась очень объемной.

Надеюсь, был полезен:) Критика и обсуждение в комментариях, как всегда, приветствуется.

Моя VK группа inakipelo. Там же я выкладываю  советы и материалы, не дотягивающие до формата полноценной статьи