Системы заземления; классификация и типы, выбор оптимального варианта защиты

Системы заземления — классификация и типы, выбор оптимального варианта защиты

Заземление – один из наиболее важных технологических методов защиты от поражения электротоком при работе с электрическими приборами. Для правильной модернизации или ремонта проводки нужно точно представлять, какая система заземления используется на объекте. От этого зависит безопасность человека и нормальная работа оборудования. Также информация важна при создании проекта реконструкции. Соответственно, нужно изучить все имеющиеся системы заземления, отличия друг от друга, а также технологии их монтажа.

Виды заземления и их задачи

Существует два типа заземления электроустановок – это рабочее и защитное. Эти виды заземления имеют свою функциональность. Так рабочее заземление обеспечивает нормальные условия работы электроустановок. Рабочее заземление предназначено для заземления отдельных частей установки, необходимое для эффективной работы. Т. е. здесь не говорится о защитных свойствах заземления.

Как пример, является заземление трансформаторов подстанций, генераторов тока с целью создания рабочего режима и повышения устойчивости и надежности энергосистем. А ответственной задачей защитного заземления будет защита от поражения током во время аварии. Таким образом, защитное заземление предотвращает появление опасного напряжения на тех металлических конструкциях, где его не ждут, но оно может появиться.

Рабочее и защитное заземление в разных системах энергоснабжения

Опасное напряжение может появиться на любых металлических конструкциях, трубах, ограждениях, корпусах. Появится опасное напряжение также может в результате пробоя изоляции проводов, утечки тока через изоляцию, электростатических разрядов, молнии. Работа защитного заземления заключается в отводе опасного напряжения с металлических конструкций на землю и создании тока утечки с заземленных участков, для срабатывания УЗО и отключения электросети.

Важным элементом заземления является сам заземлитель, который имеет прямое соприкосновение с землей. Особенно важным параметром заземлителя считается сопротивление заземления, которое уменьшается с увеличением площади заземлителя. Чтобы увеличить площадь заземлителя устанавливают их несколько, увеличивают их длину, меняют конфигурацию. Со стороны грунта – насыщают солями или вовсе засыпают другой грунт или устанавливают заземление в местах с близкими грунтовыми водами.

Заземлению не подлежат трубы централизованного отопления, водопровод, канализация, трубопровод горючих жидкостей и газопроводы.

В качестве заземлителей можно приспособить естественные заземлители – это конструкции установленные в земле которые соответствуют предъявляемым требованиям. К естественным заземлителям можно отнести арматуру фундаментов, бетонных плит, обсадные трубы.

Виды и их назначение

ТN и ее разновидности

Это самая часто используемая система, в которой ноль совмещен с землей по всей длине. Особенности такой схемы в том, что для ее обустройства рядом с трансформатором должен находиться вспомогательный реактор. Его цель – гашение дуги, образующейся в проводке.

Система TN делится на 3 подтипа: -С, -S, -CS.

TN-C характеризуется тем, что для обеспечения безопасности задействован один комбинированный проводник, в котором предусмотрена и земля и нейтраль. Схему чаще обустраивают в жилых зданиях, в промышленных помещениях и др.

1. Среди преимуществ выделяется простота монтажа – подобное заземление можно устроить без профессиональных навыков;
2. Заметным недостатком считается отсутствие отдельного провода заземления. В панельном доме подобное решение может стать не только неэффективным, но и опасным. Также, когда напряжение проходит по незащищенным проводникам, они могут оказаться под током. Во избежание этого мастеру придется отдельно выстроить защитное зануление.
3. Перед началом работ должны проводиться тщательные расчеты сечения проводников.
4. Схема не позволяет выполнять выравнивание потенциалов.
5. Чаще система применяется на дачах, в старых квартирах или частных домах. В современных зданиях схема встречается реже, так как она не соответствует техническим требованиям.

Теперь рассмотрим систему TN-S. Если сравниваться с –С, -S отличается большей безопасностью в бытовом плане. Она проводится по двум проводникам: заземление и зануление. Если монтируется проводка в новом здании, то лучше остановиться именно на этом раздельном варианте – он лучше подходит для строения жилого дома.

Тянется заземление от трансформаторной подстанции, где напрямую подсоединено к заземляющему контуру. Это усложняет работы при монтаже. Кроме этого техническое проектирование и требования регламента заставляют использовать 3-х или 5-ти жильный кабель при реализации этой схемы.

Для упрощения заземления была разработана система, включающая преимущества и нивилирующая недостатки систем –С и –S – это TN-C-S. Тут имеется нулевой провод, как в TN-C, но он раздельный, как в TN-S. Благодаря такому решению происходит мгновенная реакция отвода напряжения в случае опасной ситуации.

Также эта система не требует монтажа дорогостоящего пятижильного кабеля и может быть использована в любых зданиях с разными сечениями проводников. Заземление обустраивается по стоякам в подъезде, потому заранее нужно оформить разрешение у энергоснабжающей организации. К недостатку можно отнести то, что при обрыве PEN проводника, заземляющий провод может оказаться под напряжением.

При подаче электричества по стандартной для районов сельской и загородной местности линии – по воздуху, сложно добиться должного уровня защиты. Тут все чаще выбирают схему ТТ, которая подразумевает передачу 3-х фазового напряжения по 4 проводам (последний – это функциональный ноль).

Со стороны потребителя монтируется местный, часто модульно-штыревой заземлитель. К нему подсоединяются все проводники защитного заземления РЕ, связанные с корпусными элементами.

Эта схема совсем недавно была разрешена к обустройству на территории России, но уже успела распространиться по сельской местности для обеспечения подачи электричества потребителям. В городах система ТТ чаще применяется при подводке энергии к точкам оказания услуг и розничной торговли.

Изолированная нейтраль – IT

Все перечисленные виды заземления связаны одной особенностью – нейтраль соединяется с землей, что делает их надежными, но сказывается в виде проблемы прокладки четвертого провода. Более дешевым и практичным решением считаются схемы, в которых нейтраль совсем не связывается с землей.

Один из примеров – систем IT. Такой вариант подключения обычно монтируется в зданиях медицинского назначения для подачи энергии в технику жизнеобеспечения, на заводах по нефтепереработке и энергетике, научных центрах с крайне чувствительными приборами и других важных строениях.

Классическая схема, главной чертой которой считается изолированная нейтраль от источника, а также имеющийся на стороне потребитель контура защитного заземления (IT). Напряжение с одной стороны в другую передается по минимально возможному числу проводов, а все токопроводящие элементы корпуса техники-потребителя обязательно надежно соединены с заземлителем. Нулевой функциональный проводник на отрезке от потребителя к источнику в варианте схемы IT не предусмотрен.

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.

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

• TN-C;
• TN-S;
• TNC-S;
• TT.

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

• заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
• внешние проводящие части устройства;
• проводник нейтрального типа;
• совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название — Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

• возрастает вероятность получения удара током;
• возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
• высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
• такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 — это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

1. PN — нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
2. PE — глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

• легкость монтажа;
• низкая стоимость покупки и содержания системы;
• высокая степень электробезопасности;
• не требуется создание контура;
• возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

• простое устройство защитного механизма от попадания молний;
• наличие защиты от короткого замыкания.

• слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
• возможность появления фазного напряжения;
• высокая стоимость монтажа и содержания;
• напряжение не может быть отключено автоматикой;
• отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

• 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
• 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.

• высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
• защита от КЗ;
• возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

• сложное устройство защиты от молний;
• невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.

Технологии устройства заземления

Контур заземления устанавливается по одной из двух технологий:

• Традиционная.
• Модульно-штыревая.

Традиционная технология

По правилам традиционной технологии заземление выполняется из черного металла. В этих целях могут быть использованы полоски, трубы, уголки. Для начала выбирается подходящее для оборудования заземляющего контура место в почве. Затем на расстоянии 5 м друг от друга вкапываются в грунт металлические электроды (на глубину около 3 м в зависимости от объекта). Далее они собираются в общий контур с помощью сварки и стальной полоски.

Из-за трудоемкой установки и коррозии, свойственной металлу, сейчас чаще применяется более современная модульная технология.

Модульная технология

Для обустройства модульно-штыревой заземляющей технологии применяются металлические стержни с медным покрытием. Они вбиваются в грунт вертикально на глубину до 1 м. По краям нарезается резьба, которую тоже покрывают медью. Металлические элементы конструкции соединяют латунными муфтами. Для соединения горизонтальных и вертикальных частей берут латунные зажимы. Все детали обрабатываются специальной защитной пастой от коррозии.

Модульно-штыревая технология не нуждается в трудоемком монтаже и сварке. Она подходит для любого типа грунта и имеет больший срок службы, чем традиционная.

Технически совершенная система заземления здания обеспечивает надежную и безопасную работу электроприборов для потребителя. Во многих случаях правильное заземление может спасти жизнь человека.

Применение УЗО и дифавтоматов

Заземляющие системы вполне способны справиться со своей задачей — защитить человека или оборудование. Но, являясь простыми проводниками, они могут повреждаться и переставать выполнять свою функцию.

В качестве дополнительной защиты и подстраховки принято использовать УЗО, или дифавтоматы. УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения, а дифавтомат — как дифференциальный автоматический выключатель. По сути, это УЗО и простой автомат в одном корпусе, что заметно снижает занимаемое защитным оборудованием место в распределительном шкафу или щитке.

УЗО реагирует на ток утечки. То есть если оно заметит, что часть электричества уходит на землю, то сразу же сработает, отключив поступление питания, обезопасив всю линию. В зависимости от чувствительности, установленной производителем, срабатывать УЗО может по-разному:

• Слишком чувствительное и срабатывать будет часто, даже при минимальной утечке, что не всегда удобно.
• Чересчур грубое УЗО нужно устанавливать лишь когда это целесообразно, так как оно может не сработать в нужный момент.

Исходя из условий использования, составляется проект, согласно которому и нужно подбирать защитные устройства.

УЗО спасёт жизнь человеку, даже если отсутствует заземление — оно мгновенно сработает, если человек дотронется до части прибора, находящейся под напряжением.