Надежными техническими способами защиты от поражения электротоком считаются заземление и зануление. Система защитного заземления предназначена для электрического соединения предмета из проводящего ток материала с землёй. Составляющими компонентами заземление выступают заземлитель и заземляющий проводник, соединённые между собой. Защитная функция заключается в полной или частичной защите человека от угрозы поражения током, в уменьшении разницы потенциалов заземляемого проводящего объекта и проводящими ток объектами с естественным заземлением до безопасного значения. Отдельные части установки соединяются с заземленным устройством через сопротивление в несколько раз меньше сопротивления человеческого тела. Когда возникает замыкание, большая часть тока проходит через землю, а тот ток, который припадает на тело, оказывается совсем уже довольно незначительным. Если система заземления спроектирована правильно, согласно норм и правил по технической эксплуатации, то возникновение утечки тока ведёт к незамедлительному срабатыванию защитных устройств.
Содержание
Какие бывают защитные проводники (PE-проводники)
Зануление также выполняется в целях электробезопасности. Это процесс преднамеренного электрического соединения проводящих открытых частей электроустановок с наглухо заземленной точкой. Нулевой РЕ-проводник используется в данном случае для соединения открытых частей пользователя электрической энергии с заземленной нейтральной точкой источника.
Проводники для защитного заземления, нулевые защитные проводники в электроустановках с напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью маркируются буквенным обозначение РЕ. Защитный РЕ-проводник предназначен исключительно для целей электробезопасности. В системе заземления, РЕ-проводники обеспечивают непрерывное соединение всех открытых и внешних токопроводящих частей установки. Проводники обеспечивают создание непрерывной эквипотенциальной системы, обеспечивают безопасность. РЕ-проводники способствуют прохождению тока, возникшего при повреждении к заземленной нейтрали источника. PE-проводники присоединены к главной шине заземления установки, которая, в свою очередь, подсоединена к заземляющему электроду специальным проводником. Цветовое обозначение проводников (РЕ) соответствует чередующимися поперечным или продольным полосам одинаковой ширины зеленого и желтого цветов. РЕ-проводники должны быть тщательно защищены от разного рода механических и химических повреждений. Их прокладывают в одной трубе, кабельном канале, кабельной нише с токоведущими кабелями цепи в схемах заземления IT и ТН. Такая особенность обеспечивает минимально возможное индуктивное сопротивление цепи, по которой ток замыкания проходит на землю.
В электроустановках напряжением до 1 кВ в качестве РЕ-проводников используют специально предусмотренные проводники. Но данные функции также могут быть возложены и на открытые части электроустановок или некоторые сторонние проводящие части. Если речь идет о специально предусмотренных проводниках, то они могут быть:
- жилами многожильных кабелей;
- как изолированными, так и неизолированными проводами;
- проводниками, проложенными стационарно.
Функции РЕ-проводников могут выполнять открытые части электроустановок:
- алюминиевых оболочек кабелей;
- стальных труб электропроводок;
- металлических оболочек шинопроводов;
- опорных конструкций комплектных устройств.
Функции РЕ-проводников могут выполнять сторонние части, обладающие высокой проводимостью, такие как:
- металлические каркасы зданий, конструкции из металла;
- арматурные конструкции;
- конструкции для производственного назначения.
Короба из металла, лотки электрических проводок, прекрасно подойдут в качестве проводников. В процессе проектировки строительства следует исключить любые механические повреждения этих конструкций и предварительно предусмотреть их использование в качестве проводников.
Открытые проводящие части, как и сторонние проводящие части вполне подойдут в качестве защитных РЕ-проводников, в том случае, если они отвечают всем требованиям настоящей главы проводимости и непрерывности электроцепи.
Если возникает необходимость в качестве проводников использовать сторонние проводящие части, то они должны соответствовать следующим требованиям:
- их конструкция должна быть произведена таким образом, чтобы обеспечить непрерывность электроцепи. В случае, если такая возможность ограничена определенными строительными особенностями, то непрерывность электрической цепи должна быть обеспечена посредством соединений, защищенных от любого рода повреждений;
- если существует минимальный риск прерывания непрерывности цепи, то демонтаж таких конструкций невозможен.
В целях безопасности, не следует забывать о том, что некоторые приспособления строго запрещены для использования в качестве защитных РЕ-проводников. Речь идёт о:
- металлических оболочках изоляционных трубок, рукавов, свинцовых оболочках кабелей;
- трубах центрального отопления;
- канализационных трубах;
- водопроводные трубы;
- системах газоснабжения.
В многих старых домах электрическая проводка выполнена по давно устаревшим нормам и нуждается в замене. Для обеспечения собственной безопасности жители таких домов пытаются, с помощью опытных специалистов электриков, произвести модернизацию. Задача состоит в разделении ранее совмещенного нулевого и рабочего проводника PEN на нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий N проводники. Такое требование обеспечивает максимальную безопасность, надёжно сохраняет соединения заземления с защитным проводником в случае разрушения контактного зажима.
Современные системы энергоснабжения строятся на основе типовых схем, учитывающих способы заземления подключенного к ним оборудования. Делается это с целью защиты конечного потребителя, а также работающего на электроустановках персонала. При организации современных сетей традиционно используются кабели, включающие в свой состав не только фазную жилу, но и рабочий нулевой N, а также защитный PE проводник. В ряде случаев эти два вида шин объединены в одну общую PEN-жилу. Для понимания их функционального назначения сначала придется выяснить, что такое шина PE и как осуществляется цветовая маркировка остальных проводников.
Виды систем заземления
Известные системы защиты электрооборудования различаются по ряду признаков, согласно которым они делятся на следующие виды: TN-S, TN-C, TN-C-S, TT, а также IT. Входящие в эти обозначения значки расшифровываются следующим образом:
- T означает заземление (от французского «Terre» или земля).
- N – это подсоединение к трансформаторной нейтрали.
- I значит изолированное.
- C – объединение функций рабочего и защитного нулевых проводников («common»).
- S – раздельное применение этих жил («select»).
Согласно ПУЭ, TN-C означает заземленную на нейтраль систему с объединенными защитным и рабочим проводниками.
Обозначение TN-C-S значит, что на каком-то участке силовой цепи два проводника проложены совместно, а затем они разделены по функциональному признаку.
Классификация нулевых шин
По выполняемым функциям входящие в состав системы энергоснабжения нулевые шины делятся на следующие виды:
- N – функциональный или рабочий «нуль», являющийся проводником для токов нагрузки.
- PE – специально прокладываемый защитный «нуль», обеспечивающий возможность организации заземления на приемном конце в удобном месте.
- PEN – проводник, совмещающий функции обеих этих шин.
N
PE
PEN
Каждый из проводников на схемах выделяется определенным цветом (N – синим, PE – желто-зеленым, а PEN – их комбинацией). Они обязательно подбираются по своему сечению, которое не должно быть меньше этого же показателя для фазных шин.
Указанная расшифровка также позволяет понять, зачем нужно разделять PEN проводник, для чего он служит, как можно обустроить заземление на стороне потребителя.
Для чего разделять PEN на две части
Правильное разделение
Разделять ПЕН провод на жилы PE и N имеет смысл лишь в том случае, когда каждую из них предполагается использовать по своему прямому назначению. Это удается сделать в следующих случаях:
- в частном (загородном) доме, когда в распределительном щите делается отвод от PE шины, используемый для организации местного повторного заземления;
- в городском многоквартирном доме, где жильцы подъезда договорились обустроить общий заземляющий контур на улице рядом с подъездом;
- медный спуск ведется от провода PE к самодельному заземляющему контуру.
Для реализации заземления с самодельным контуром потребуется разрешение от соответствующих энергетических служб и согласование с ЖКХ.
Когда в городских домах в подъездном щитке между шинами ставится перемычка, говорить о полноценном заземлении не приходится. В нормативной документации по этому поводу приводится рекомендация без подробного объяснения действия такого «заземления».
Варианты расщепления проводников
Вводное распределительное устройство
В распределительном щите, где производится разделение PEN проводника, заземление организуется методом расщепления, но между N и PE обязательно устанавливается перемычка. При этом важно, что земляная шина подключается первой, а только после этого оформляется присоединение рабочей жилы. В этой ситуации возможны четыре варианта включения PE провода:
- Перемычка между ней и проводником N отсутствует – рабочий нулевой контакт и заземляющая шина не связаны электрически. УЗО в защитной цепи также не ставится.
- Перемычка между этими клеммами есть, а УЗО не установлено.
- PE для заземления и N закорочены и установлено УЗО.
- Перемычки нет, но есть УЗО.
В первом случае «физика» срабатывания защитных цепей выглядит так:
- Аварийная фаза попадает на корпус прибора.
- Затем она поступает на шину заземления.
- Далее по ней идет на контур трансформаторной подстанции.
При рассмотрении проблемы важно учитывать сопротивление заземляющей цепочки, обычно не превышающей 20 Ом с учетом сечения PE проводника в мм. квадратных. В случае аварии тока КЗ будет недостаточно для отключения вводного автомата. Защитная цепь будет функционировать до тех пор, пока поврежденный участок на приемной стороне не сгорит полностью. Человеку эта ситуация ощутимого вреда принести не сможет, а вот оборудование получит серьезные повреждения (худший вариант – его возгорание и пожар).
Перемычка есть, автомат УЗО отсутствует
Схема разделения PEN проводника для однофазной сети
В этом случае важную роль играет длина питающей линии (удаление места ее повреждения от вводно-распределительного электрощита), определяющая сопротивление провода для стекания заряда. При аварийном замыкании фазы на корпус поврежденного оборудования ток утечки сначала попадает на заземляющую шину. Далее у него имеется только два пути: часть аварийного электричества уходит в грунт, а другая по нулевой шине вызовет срабатывание автомата на вводе. В рассмотренной ситуации перемычка используется на случай, если по какой-то причине не сработал АВ. Но поскольку последнее практически невозможно, нет разницы, есть ли она или отсутствует.
Перемычка есть и установлено УЗО
Поскольку все защитные и рабочие проводники обладают определенным сопротивлением, в этом случае УЗО должно срабатывать в штатном режиме. При образовании замыкания на корпус ток утечки сначала поступает на само УЗО и лишь после этого уходит на ввод жилого дома. Здесь он, как и в предыдущем случае, разделяется на две части: какая-то доля целого уходит в землю, а часть через перемычку возвращаются в щиток, выключая вводный автомат. Однако до этого дело, как правило, не доходит, поскольку УЗО срабатывает значительно быстрее.
В этой ситуации перемычка не имеет особого значения и является только подстраховкой на всякий случай: если вдруг по странному стечению обстоятельств не сработает УЗО.
Перемычки нет и установлено УЗО
Такая схема будет срабатывать так же, как при наличии перемычки. Единственное отличие от предыдущего случая – отсутствие страховки при выходе из строя УЗО, что маловероятно. Если это все-таки произошло, схема начнет отрабатывать по первому из рассмотренных вариантов. При этом вводный прибор не срабатывает до тех пор, пока КЗ на корпус не трансформируется в фазное короткое замыкание.
Характерные ошибки расщепления фазы связаны с нарушениями порядка коммутаций. Нельзя подключать сначала рабочую жилу и только после нее подсоединять заземление. Другой характерной ошибкой является нежелание устанавливать УЗО. В цепях с искусственным расщеплением PEN проводника наличие устройства защитного отключения обязательно.
Особенности разделения PEN проводника
В частных домах и в городских квартирах в целях исключения воровства электроэнергии представители контролирующей организации вправе требовать, чтобы провод PEN был протянут до счетчика. И лишь после учетного прибора они разрешают разделять его на защитную шину PE и рабочую N. Такое подключение не противоречит требования ПУЭ, но гораздо естественней смотрится разделение, выполненное до счетчика.
Схема для однофазного питания одноквартирных и сельских жилых домов
Если сначала сделать разделение, а потом опломбировать вводной автомат, никаких возражений со стороны представителей «Энергосбыта» и инспекторов быть не может.
По международной классификации система заземления сети обозначается двумя буквами, первая из них указывает на характер заземления источника питания, вторая — на характер заземления открытых проводящих частей электроустановки. В обозначениях используются начальные буквы французских слов:
В ГОСТе введены обозначения нулевых проводников:
N — нулевой рабочий проводник;
PE — нулевой защитный проводник;
PEN — совмещённый нулевой рабочий и защитный проводник.
Предусмотрены три системы заземления сетей:
TN — нейтраль источника заземлена. Открытые проводящие части электроустановки присоединены к этой точке посредством нулевых защитных проводников;
TT — нейтраль источника заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к заземлителю, электрически независимому от заземлителя нейтрали источника питания;
IT — нейтраль источника изолирована, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.
Система TN в свою очередь может быть трёх видов:
TN—C — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в одном проводнике по всей системе (C — combined — объединённый);
TN—S — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно по всей системе (S — separated — раздельный);
TN-C-S — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены в одном проводнике в части сети.
При типе системы заземления TN-C открытые проводящие части электроустановки здания и, в частности, нетоковедущие части электроприёмников класса 1 имеют непосредственную связь с точкой заземления источника питания (нейтралью трансформатора подстанции). Для обеспечения этой связи в питающей электрической сети и в электроустановках здания используется PEN — проводник, в котором объединены функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников. В электроустановке здания открытые проводящие части присоединяются к PEN — проводнику. PEN — проводник питающий электроустановку здания, в свою очередь присоединяется к соответствующей нулевой защитной и нулевой рабочей шине (PEN — шине) трансформаторной подстанции.
При типе системы заземления TN-C-S в отличие от системы TN-C, функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике не по всей электроустановке здания, а только в её части. PEN — проводник в электроустановке здания всегда разделяется на два проводника — нулевой защитный проводник (PE) и нулевой рабочий проводник (N). Причём PEN — проводник может разделяться на вводе в здание — например, на нулевой защитной шине (PE) ВРУ или в какой-то точке электроустановки здания — например, на PE — шине распредустройства.
В первом случае во всей электроустановке здания применяются два проводника — нулевой защитный и нулевой рабочий. Во втором случае в головной (по ходу электроэнергии) части электроустановки здания имеет место PEN — проводник, после точки его разделения — два нулевых проводника: защитный и рабочий. Открытые части электроустановки здания присоединяются к нулевому защитному проводнику (при пятипроводной системе) или к PEN — проводнику (при четырёхпроводной системе).
В стационарных установках функцию защитного и нулевого рабочего провода можно совместить в одном проводнике (PEN) при условии выполнения следующих требований (ГОСТ Р50571.3-94): если его сечение не менее 10 мм/кв по меди или 16 мм/кв по алюминию и рассматриваемая часть электроустановки не защищена устройствами защитного отключения, реагирующими на дифференциальные токи; если начиная с какой-нибудь точки установки, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники разделены, запрещается объединять их за этой точкой. В точке разделения необходимо предусмотреть раздельные зажимы или шины нулевого рабочего и нулевого защитного проводников. PEN — проводник, совмещающий функции рабочего и защитного, должен подключаться к зажиму, предназначенному для защитного проводника. Сторонние проводящие части не могут быть использованы в качестве единственного PEN — проводника.
В системе TN могут использоваться:
- устройства защиты от сверхтока;
- устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток.
Примечания:
- В системе TN-C не должны применяться устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток.
- Когда устройство защиты, реагирующее на дифференциальный ток, применяют для автоматического отключения в системе TN-C-S, PEN — проводник не должен использоваться на стороне нагрузки. Присоединение защитного проводника к PEN — проводнику должно осуществляться на стороне источника питания по отношению к устройству защиты, реагирующему на дифференциальный ток.
Когда узо используют для автоматического отключения цепи вне зоны действия основной системы уравнивания потенциалов, открытые проводящие части не должны быть связаны с сетью системы TN, но защитные проводники должны присоединяться к заземлителю, имеющему сопротивление, обеспечивающее срабатывание этого устройства. Цепь, защищённая таким образом, может рассматриваться как система TT. В системе TT все открытые проводящие части, защищённые одним защитным устройством, должны присоединяться защитным проводником к одному заземляющему устройству.
В сетях системы TT применяются следующие защитные устройства:
- устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток;
- устройства защиты от сверхтока.
По типу системы TT запитываются мобильные здания из металла или имеющие металлический каркас и предназначенные для уличной торговли и быстрого обслуживания населения (торговые павильоны, киоски, палатки, кафе, будки, фургоны, боксовые гаражи и т. п.) в соответствии с ГОСТ Р 50669-94. Сопротивление заземляющего устройства нулевого защитного проводника (PE) должно быть Rpe<или=286 Ом.
В системе IT электроустановка должна быть изолирована от земли или связана с ней через достаточно большое сопротивление. Токоведущий проводник установки не должен быть напрямую соединён с землёй. Открытые проводящие части должны быть заземлены отдельно, группами или все вместе.
В сетях системы IT могут применяться:
- устройства контроля изоляции;
- устройства защиты от сверхтока;
- устройства защиты реагирующие на дифференциальный ток.
Линейный проводник (L, line conductor), согласно ГОСТ 30331.1-2013, — это проводник, находящийся под напряжением при нормальных условиях и используемый для передачи электрической энергии, но не нейтральный проводник или средний проводник. Линейный проводник в электрических цепях переменного тока — это фазный проводник, а в электрических цепях постоянного тока — это полюсный проводник. Относится к токопроводящим проводникам.
В нормальном режиме электроустановки здания линейные проводники, как правило, находятся под напряжением, которое может представлять серьёзную опасность для человека и животных.
В электроустановках зданий напряжение линейного проводника относительно нейтрального проводника, PEN-проводника и земли обычно равно 230 В. Напряжение между линейными проводниками разных фаз в трёхфазных электрических цепях равно 400 В.
Линейные проводники, применяемые в электрических цепях сверхнизкого напряжения, обычно не представляют опасности для человека и животных.
Отдельно выделяют заземленный линейный проводник (LE), который представляет из себя линейный проводник, имеющий электрическое присоединение к локальной земле.
Также отдельно выделяют совмещенный защитный заземляющий и линейный проводник (PEL-проводник, PEL), который представляет из себя проводник, выполняющий функции защитного заземляющего и линейного проводников.
Обозначение
- Согласно ГОСТ 33542-2015, буквенно-цифровую идентификацию линейного проводника следует начинать с буквы «L», добавляя после этой буквы:
- для электрических цепей переменного тока — последовательный номер линейного проводника, начиная с цифры «1»;
- для электрических цепей постоянного тока — знак «+» для положительного линейного проводника и знак «-» для отрицательного линейного проводника.
На схеме ниже, в качестве примера, показаны линейные проводники L1, L2, L3.
Система распределения электроэнергии (TN-C-S)