Теоретические основы заземления

В России основным документом, регламентирующим требования к заземлению и его устройству, являются ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК (ПУЭ). В настоящий момент актуальны ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА ЭЛКТРОУСТАНОВОК издание седьмое. Утверждены Приказом Минэнерго России от 08.07.2002 №204.

Пункт 1.7.28 ПУЭ Издание, 7 гласит:

Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Заземляющее устройство (заземление) может быть как одним вертикальным электродом (например из модульного заземления) погруженным в землю на определенную глубину ( в зависимости от требуемого значения сопротивления), так и представлять из себя совокупность вертикальных и горизонтальных заземлителей:

Из представленной картинки  видно, что заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя и заземляющего проводника.

Заземлитель – проводящая часть или совокупность  соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй. Или простыми словами – часть заземляющего устройства находящихся в земле – это могут быть стальные уголки, модульное заземление в виде стальных штырей с медным покрытием, трубы отопления, обсадные трубы скважин.

 

Допустимые материалы и формы заземлителей и заземляющих проводников согласно ПУЭ 7:

Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (стальными или с медным покрытием) и/или совокупностью вбитых стальных уголков в форме определенной геометрической фигуры (треугольник, квадрат, линия и т.д.)

Заземлители делятся на искусственные и естественные.

·         Искусственные заземлители – это заземлители выполняемые специально в целях заземления людьми.

·         Естественные заземлители – это металлические объекты, находящиеся в контакте с землей, которые могут быть использованы в целях заземления: водопроводные трубы, обсадные трубы скважин и т.д. Использование естественных заземлителе также регламентируются Правилами Эксплуатации электроустановок (ПУЭ изд. 7).

Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляемую часть с заземлителем. Это могут быть стальные пластины, оцинкованные стальные пластины, медные кабеля сечением в соответствии с нормативными документами.

Ниже представлены пункты ПУЭ издание 7 нормирующие величину площади сечения защитных проводников в зависимости от площади сечения фазных проводников и некоторые особенности:

Качество заземления определяется значением сопротивления растеканию электрического тока. Чем сопротивление заземляющего устройства ниже, тем качество лучше. Сопротивление ЗУ можно снизить, увеличивая глубину и/или количество электродов в заземляющем устройстве, тем самым увеличивая площадь растекания тока, а так же можно снизить сопротивление ЗУ повышением концентрации солей в грунте. Требуемое значение сопротивления в конкретном случае нормируется требованиями ПУЭ либо производителями оборудования, которое требует заземления в процессе эксплуатации.

Пункты ПУЭ издание 7 нормирующие сопротивление заземляющих устройств:

 

РАЗНОВИДНОСТИ СИСТЕМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

 

ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» регламентирует следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.

В данном материале мы рассмотрим TN и TT системы, как наиболее часто встречающиеся на практике в нашей стране. Система IT, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена  через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, применяется, как правило, в электроустановках зданий и сооружений специального назначения.

·         система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухо заземлённой нейтари источника посредством нулевых защитных проводников. Т.е. все разновидности систем заземления с маркировкой TN подразумевают то, что на подстанции нейтраль соединена с заземляющим устройством, тем самым в нейтрали (отходящей от источника) соединены функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводника (обозначается как PEN).

Далее систему TN можно разделить по признаку того как нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) доставляется потребителю на подсистемы – TN-C, TN-S, TN-C-S;

·         система TN-C – система TN, в которой нулевой защитный (РЕ) и нулевой рабочий (N) совмещены в одном проводнике на всем её протяжении. Простым языком это означает, что потребителю в случае 3-х фазного подключения приходит 4-х жильный кабель (3 фазы и ноль) и 2-х жильный кабель в случае однофазного подключения (1 фаза и ноль). Основной  и опасный недостаток системы в том, что при обрыве нуля возможно появление линейного напряжения на корпусах электроустановок. До сих пор может встречаться в нашей стране;

·         система TN-S (пришла на смену системе TN-C в 1930 гг.) – система TN, в которой нулевой защитный (РЕ) и нулевой рабочий (N) проводники разделены на всем ее протяжении. Простым языком это означает, что к потребителю от подстанции в случае трехфазного подключения приходит 5-ти жильный кабель (3 фазы, ноль и «земля»), в случае однофазного подключения 3-х жильный кабель ( фаза, ноль, «земля») – нулевой рабочий проводник (N) и нулевой защитный проводник (PE) разделялись на подстанции, а заземление на подстанции представляет сложную конструкцию из металлической арматуры. При такой системе обрыв рабочего ноля не приводит к появлению линейного напряжения на корпусах электроустановок;

·         система TN-C-S (можно назвать ее частным случаем системы TN-S) – трансформаторная подстанция имеет непосредственную связь  токопроводящих частей с землёй и наглухо заземленную нейтраль , на линии (участок от подстанции до потребителя) же в какой-то части нулевой рабочий (N) и защитный (PE) проводники объединены в проводнике PEN, а начиная с какой-то точки происходит их разделение на N (нулевой рабочий проводник) и РЕ (защитный проводник). Например: на участке  от подстанции до ввода в здание потребителя  применяется совмещенный нулевой рабочий (N) и защитный (PE) обозначаемый PEN, т.е применяется система TN-C, а при вводе в здание производится разделение PEN на рабочий нулевой проводник (N) и защитный (PE) далее по зданию до распределительного щита идут уже жила- фаза, жила - «чистый» ноль и жила -«чистая» земля, т.е. система TN-S. Вероятно из-за такой трансформации получилось TN-C-S. Есть случаи, когда разделение происходит в вводно распределительном устройстве (ВРУ) внутри здания.

В случае организации TN-C-S для частного дома необходимо производить разделение PEN на N и PE в щите учета (перед вводом в дом, как правило, эти щиты  расположены на столбах, если идет воздушная линия или стоят на земле около участка, в случае, если идет линия в земле) до счетчика и вводного автомата, при чем разделение PEN должно происходить без разрыва этого проводника с использованием прокалывающего зажима, либо использовать Н-образную шину разделения PEN на N и PE c надежными болтовыми соединениями проводников ( в этом случае будет разрыв PEN, но при таком соединении разрыв допустим)

ПЭЭП!!!!

В соответствии с ПУЭ 7, система TN-C-S является основной и рекомендуемой системой. При организации системы TN-C-S, ПУЭ требуют соблюдения ряда мер по недопущению разрушения PEN, а также повторных заземлений PEN  воздушной линии по столбам через определенное расстояние (от 40 до 200 метров в зависимости от количества грозовых часов в году на определённой местности).

Достоинства: возможность обнаружения КЗ фазы на корпус оборудования простыми автоматами и практически пожаробезопасная .

Недостатки: при повреждении ноля на линии до разделения возникает ситуация, когда под фазным напряжением оказываются заземленные корпуса оборудования, что представляет опасность для человека и никакая автоматика не сможет разорвать цепь, так как PE после разделения идет в обход всех автоматических выключателей.  Внутри помещения это решается системой уравнивания потенциалов (СУП) – все металлические части объекта соединяются с главной шиной заземления (ГЗШ), на которую также заведен проводник от местного заземляющего устройства. В результате если произойдет обрыв ноля на линии и в доме все заземленные корпуса оборудования будут под фазным напряжение, то под таким же напряжением окажутся и все металлические части дома, следовательно разности потенциалов между ними не будет и при одновременном касании человека металлических частей дома и заземленных корпусов оборудования, приборов находящимся под напряжением(из-за аварии на линии)  поражения электрическим током не будет.
В случае когда нет возможности соблюсти условия организации системы TN-C-S обозначенные выше, ПУЭ рекомендуют систему заземления TT.

 

·         Система ТТ – система с трансформаторной подстанцией, которая имеет непосредственную связь токоведущих частей с землей. Все открытые проводящие части электроустановки потребителя имеют непосредственную связь с землей через заземлитель, независимый от заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции. Т.е. к потребителю приходит, например, система TN-C (нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) совмещены), а электроустановка потребителя имеет свое независимое (не имеющее связи с PEN) заземление.

Достоинства:  разрушение нуля никак не влияет на PE, т.е. при разрушении нуля на линии линейного напряжения не будет на заземленных корпусах оборудования;
Недостатки: основным недостатком системы ТТ является невозможность для обычного автомата отследить КЗ фазы на корпус оборудования.

ПУЭ рекомендуют систему заземления ТТ только как «дополнительную», только при условии того, что нет возможности соблюсти условия организации системы TN-C-S.
Тем не менее в сельской местности довольно часто встречаются системы заземления ТТ из-за низкого качества большинства воздушных линий. Если в частный дом с столба приходят пара неизолированных проводов  – это именно такой случай и сделать правильную, удовлетворяющую всем требованиям ПУЭ TN-C-S никак не удастся.

 

ВАЖНОЕ ТРЕБОВАНИЕ К ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ TT – ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЗО. Как правило устанавливают вводное УЗО с током утечки 300-100 мА, для отслеживания КЗ между фазой и PE (это необходимо для предотвращения пожара в щите, а в последствие в доме), а за ним для каждой конкретной цепи в доме с утечкой 30-10мА(для защиты людей от поражения электрическим током.