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.

  

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)

Н-образная шина разделения проводника PEN

Схема разделения проводника PEN с помощью Н-образной шины  перед вводом в дом

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.

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.