Види систем штучного заземлення

Основним документом, що регламентує використання різних систем заземлення, є ПУЕ (пункт 1.7), розроблений відповідно до принципів, класифікації та способів улаштування заземлюючих систем, затверджених спеціальним протоколом Міжнародної електротехнічної комісії (МЕК). Скорочені назви систем заземлення прийнято позначати поєднанням перших літер французьких слів: Terre — земля, Neuter — нейтраль, Isole — ізолювати, а також англійських: combined і separated — комбінований і роздільний.

• T — заземлення.
• N – підключення до нейтралі.
• I – ізолювання.
• C — поєднання функцій, з’єднання функціонального та захисного нульових проводів.
• S — роздільне використання у всій мережі функціонального та захисного нульових проводів.

У наведених нижче назвах систем штучного заземлення за першою літерою можна будувати висновки про спосіб заземлення джерела електричної енергії (генератора чи трансформатора), по другий – споживача. Прийнято розрізняти TN, TT та IT системи заземлення. Перша з яких, у свою чергу, використовується у трьох різних варіантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для розуміння відмінностей та способів устрою перерахованих систем заземлення слід розглянути кожну з них більш детально.

1. Системи з глухозаземленою нейтраллю (системи заземлення TN)

Це позначення систем, у яких для підключення нульових функціональних та захисних провідників використовується загальна глухозаземлена нейтраль генератора або понижуючого трансформатора. При цьому всі корпусні електропровідні деталі та екрани споживачів слід підключити до загального нульового провідника, з’єднаного з нейтраллю. Відповідно до ГОСТ Р50571.2-94 нульові провідники різного типу також позначають латинськими літерами:

• N — функціональний «нуль»;
• PE — захисний «нуль»;
• PEN — суміщення функціонального та захисного нульових провідників.

Побудована з використанням глухозаземленої нейтралі система заземлення TN характеризується підключенням функціонального «нуля» — провідника N (нейтралі) до контуру заземлення, обладнаного поряд з трансформаторною підстанцією. Очевидно, що в цій системі заземлення нейтралі за допомогою спеціального компенсаторного пристрою — реактора, що дугогасить, не використовується. На практиці застосовують три підвиди системи TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, які відрізняються один від одного різними способами підключення нульових провідників «N» і «PE».

Система заземлення TN-C

Як випливає з позначення, для системи TN-C характерне поєднання функціонального та захисного нульових провідників. Класичною TN-C системою є традиційна чотирипровідна схема електропостачання, з трьома фазними та одним нульовим дротом. Основна шина заземлення в даному випадку — глухозаземлена нейтраль, з якою додатковими нульовими проводами необхідно з’єднати всі відкриті деталі, корпуси та металеві частини приладів, здатні проводити електричний струм.

Дана система має кілька істотних недоліків, головний з яких – втрата захисних функцій у разі обриву або відгоряння нульового дроту. При цьому на неізольованих поверхнях корпусів приладів та обладнання з’явиться небезпечна для життя напруга. Оскільки окремий захисний заземлюючий провідник PE в даній системі не використовується, всі підключені розетки землі не мають. Тому електрообладнання доводиться занулювати — з’єднувати корпусні деталі з нульовим проводом.

Якщо при такому підключенні фазний провід торкнеться корпусу, через коротке замикання спрацює автоматичний запобіжник, і небезпека ураження електричним струмом людей або загоряння обладнання, що іскрів, буде усунена швидким аварійним вимкненням. Важливим обмеженням при вимушеному зануленні побутових приладів, про що слід знати всім, хто проживає в приміщеннях, запитаних за системою TN-C, є заборона використання додаткових контурів урівнювання потенціалів у ванних кімнатах.

В даний час дана система заземлення збереглася в будинках, що належать до старого житлового фонду, а також застосовується в мережах вуличного освітлення, де рівень ризику мінімальний.

Система TN-S

Більш прогресивна та безпечна порівняно з TN-C система з розділеними робочим та захисним нулями TN-S була розроблена та впроваджена у 30-ті роки минулого століття. При високому рівні електробезпеки людей та обладнання це рішення має один, але досить суттєвий недолік — високу вартість. Так як поділ робочого (N) і захисного (PE) нуля реалізовано відразу на підстанції, подача трифазної напруги проводиться по п’яти проводах, однофазного — по трьох. Для підключення обох нульових провідників на стороні джерела використовується нейтраль глухозаземлена генератора або трансформатора.

В оновленій редакції ПУЕ міститься припис про пристрій на всіх відповідальних об’єктах, а також будівлях енергопостачання, що будуються і капітально ремонтуються, на основі системи TN-S, що забезпечує високий рівень електробезпеки. На жаль, широкому поширенню та впровадженню системи TN-S перешкоджає високий рівень витрат.

Система TN-C-S

З метою здешевлення оптимальної безпеки, але фінансово ємної системи TN-S з розділеними нульовими провідниками N і PE, було створено рішення, що дозволяє використовувати її переваги з меншим бюджетом, що трохи перевищує витрати на енергопостачання за системою TN-C. Суть даного способу підключення у тому, що з підстанції здійснюється подача електрики з допомогою комбінованого нуля «PEN», підключеного до глухозаземленной нейтралі. Який при вході в будинок розгалужується на «PE» — нуль захисний, і ще один провідник, що виконує на стороні споживача функцію робочого нуля «N».

Дана система має істотний недолік — у разі пошкодження або відгорання дроту PEN на ділянці підстанція — будівля, на провіднику PE, а отже, і всіх пов’язаних з ним корпусних деталей електроприладів, з’явиться небезпечна напруга. Тому при використанні системи TN-C-S, яка є досить поширеною, нормативні документи вимагають забезпечення спеціальних заходів захисту провідника PEN від пошкодження.

Система заземлення TT

При подачі електроенергії за традиційною для сільської та заміської місцевості повітряною лінією, у разі використання тут небезпечної системи TN-C-S важко забезпечити належний захист провідника комбінованої землі PEN. Тут все частіше використовується система TT, яка передбачає «глухе» заземлення джерела нейтралі, і передачу трифазної напруги по чотирьох проводах. Четвертий є функціональним нулем «N». На стороні споживача виконується місцевий, як правило, модульно-штирьовий заземлювач, якого підключаються всі провідники захисної землі PE, пов’язані з корпусними деталями.

У міській місцевості TT часто використовується при електрифікації точок тимчасової торгівлі та надання послуг. При такому способі заземлення обов’язковою умовою є наявність приладів захисного відключення, а також здійснення технічних заходів грозозахисту.

2. Системи із ізольованою нейтраллю

У всіх описаних вище системах нейтраль пов’язана із землею, що робить їх досить надійними, але не позбавленими низки суттєвих недоліків. Набагато досконалішими та безпечнішими є системи, в яких використовується абсолютно не пов’язана із землею ізольована нейтраль, або заземлена за допомогою спеціальних приладів та пристроїв із великим опором. Наприклад, як у системі IT. Такі способи підключення часто використовуються в медичних установах для електроживлення обладнання життєзабезпечення, на підприємствах нафтопереробки та енергетики, наукових лабораторіях з особливо чутливими приладами та інших відповідальних об’єктах.

Система IT

Класична система, основною ознакою якої є ізольована нейтраль джерела — «I», а також наявність на стороні споживача контуру захисного заземлення — «Т». Напруга від джерела до споживача передається за мінімально можливою кількістю проводів, а всі струмопровідні деталі корпусів обладнання споживача повинні бути надійно підключені до заземлювача. Нульовий функціональний провідник N дільниці джерело – споживач у архітектурі системи IT відсутня.

Надійне заземлення — гарантія безпеки

Всі існуючі системи заземлення призначені для забезпечення надійного та безпечного функціонування електричних приладів та обладнання, підключених на стороні споживача, а також виключення випадків ураження електричним струмом людей, що використовують це обладнання. При проектуванні та влаштуванні систем енергопостачання, невід’ємними елементами яких є як функціональне, так і захисне заземлення, повинна бути зменшена до мінімуму можливість появи на струмопровідних корпусах побутових приладів та промислового обладнання напруги, небезпечної для життя та здоров’я людей.

Система заземлення повинна або зняти небезпечний потенціал із поверхні предмета, або забезпечити спрацьовування відповідних захисних пристроїв із мінімальним запізненням. У кожному такому разі ціною технічної досконалості, чи навпаки, недостатньої досконалості використовуваної системи заземлення, може бути найцінніше — життя людини.