Зануление, заземление, системы ТТ, TN.
Принципы работы, сходства, различия.
Большая благодарность автору Валерию Черепанову.
Статья написана специально для группы Электрик https://vk.com/ehlektrik.
Этот моя вторая попытка написать статью. Первая не то, чтобы провалилась, но была без поясняющих иллюстраций (лень было рисовать) и написана по-другому, что вызвало дополнительные вопросы и неясности. Сначала хотел просто поправить первую статью, но в процессе работы понял, что проще написать новую, чем исправлять существующую. Хотя некоторые абзацы из первой статьи использую и здесь.
Очень многие путаются в системах защиты заземления, зануления и их модификаций. Вот давайте попробуем с этим и разобраться.
В первую очередь СИСТЕМА (др.-греч. σύστημα «целое, составленное из частей; соединение») — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.
То есть СИСТЕМА состоит из двух и более элементов. В нашем случае, для упрощения, это трансформатор и потребитель.
Для ещё большего упрощения возьмем только одну фазу, однополюсный автомат и одного потребителя. Задача статьи – пояснить разницу между системами ТТ, TN-C и TN-C-S, так как основные споры ведутся именно между ними. Кратко коснусь системы TN-S и упомяну систему IT. Так же в самом конце постараюсь описать опасности зануления.
Итак, мы имеем трансформатор с линейным напряжением 0,4кВ по низкой стороне. То есть у трансформатора три фазных вывода и один нулевой (нейтраль). Трансформатор стоит в кирпичной будке, вокруг этой будки сделан контур заземления и нулевой (нейтральный) вывод заземления подключен к этому контуру, то есть нейтраль трансформатора глухозаземленная.
 |
 |
Доступа в эту будку с трансформатором у нас нет и изменить мы там ничего не можем. Непосредственно к нам от этого трансформатора приходят два провода: фазный и нулевой. Куда приходят – в частный дом или квартиру – без разницы.
И зануление и заземление делаются с одной единственной целью – защитить человека от воздействия тока при появлении напряжения на корпусе электроприбора (будь то двигатель, электроплита, варочная панель, вытяжка, металлический кожух светильника, водонагреватель, корпус компьютера и тому подобное).
Напряжение на корпусе может образоваться, например, при повреждении ТЭНа (напряжение через ТЭН «переходит» на воду, а с воды, так как она не является диэлектриком, на корпус водонагревателя или стиральной машины. Или может раскрошиться высохшая изоляция у духового шкафа или электроплиты и фазный проводник коснуться корпуса. Это может быть и неправильная зачистка изоляции, и различные грызуны – неважно. Важно – это в таких случаях защитить человека от удара током при прикосновении к корпусу электроприбора, находящегося под напряжением.
Приведу еще один пример: у стиральной машины от вибрации отпал фазный проводник и касается ее корпуса. Раз фаза отпала, машина перестала стирать. Думая, что процесс стирки завершен, человек подходит к стиральной машине, задевает ее корпус или берется за ручку дверцы чтоб достать выстиранное белье, а корпус под напряжением… Ну а дальше как уж повезет этому человеку…
Итак, начнем:
Старый жилой фонд.
К нам приходит фазный и нулевой проводники. В доме/квартире у нас так же двухпроводная система, то есть к розеткам подходят два провода, а не три. Как правило это алюминиевые провода, но это неважно.
Поясню рисунок, чтоб больше не повторяться. Красная линия – фазный проводник, синяя – нулевой проводник. Нулевая шина, изображенная на этом рисунке, олицетворяет собой металлический корпус щитка, будь это ЩУ (щит учета на опоре), ВРУ дома, этажный щит или щит в квартире. Неважно, это такой собирательный образ. Так же не надо ворчать по наличию одного автомата, это тоже собирательный образ, для упрощения восприятия.
Получается такая сборка (представим, что это этажный щит): из ВРУ жилого дома поднимаются провода. Или два провода идут от ВЛ к щиту частного дома/дачи. Один из фазных проводников подключается к автоматическому выключателю, с которого запитана квартира/дом, нулевой проводник подключен на болтовое соединение прямо к металлическому корпусу этажного щита/ЩУ. Соответственно в квартиру/дом «заходят» так же два проводника: фазный, подключенный к автомату, и нулевой, прикрученный на болт, или саморез, или просто намотанный на корпус подъездного щита.
Какая это система? Одни утверждают, что это TN-C. Другие, мотивируя тем, что нули сидят на корпусе, убеждают что это зануление. И все они не правы.
Я чуть вырезал всё ненужное из пункта ПУЭ и получил такую формулировку:
Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой трансформатора.
Давайте разберемся.
1. Открытая проводящая часть в нашем случае – это корпус электроаппарата (той же стиральной машины или водонагревателя).
2. Глухозаземленная нейтральная точка трансформатора – это вывод трансформатора, с которого приходит к нам проводник, то есть это соединение с приходящим к нам нулем.
3. Преднамеренное электрическое соединение – это значит, что мы СПЕЦИАЛЬНО, преднамеренно, соединили корпус нашей стиральной машины к приходящему в этажный щит нулю (к глухозаземленной нейтрали).
Смотрим на рисунок и видим, что у нас корпус электроаппарата с нулем не соединен. Значит это не зануление. В общем чтоб долго не расписывать – и зануление, и заземление требуют в квартире ТРЕХ- (ну или пяти) проводной системы. То есть все ваши посудомойки, стиралки, водонагреватели, плиты и вообще все розетки должны быть запитаны ТРЕМЯ проводами: фазным, нулевым и защитным.
А какая тогда за система предоставлена на рисунке?
Да никакая! Она не классифицируется, безсистемная. То есть ни к одной из систем данное подключение не относится. Нет третьего проводника – нет системы защиты.
Система TN-C
Я, как продвинутый квартировладелец, слышавший краем уха о безопасности решил сделать в квартире трехпроводную систему. Нанял электрика и поменял всю проводку. Ну или просто взял и проложил еще один, третий, защитный проводник. И подключил его с одной стороны к заземляющему контакту розетки, а с другой стороны к корпусу своего этажного электрощита.
Ну или, если брать частный дом/дачу, то второй конец защитного проводника вывел на улицу и подключил к приходящему с ВЛ нулевому проводу.
Подключение я сделал правильно, как положено, этот третий проводник в электрощите подключил ПОД ДРУГОЙ, ОТДЕЛЬНЫЙ БОЛТ. То есть в щите (будь он хоть этажный, хоть электрощит частного дома (с ВЛ) каждый проводник должен «сидеть» на своем отдельном болтике. Согласно рисунка приходящий ноль подключается к своему болту, рабочий ноль (синий) – к своему, защитный ноль (желтый) – к своему. Щит один, металлический корпус один, а болта ТРИ (это обязательное условие).
И тут происходит маленькое чудо: наш в прошлом примере N-проводник тут же превращается в проводник PEN, так как начал объединять в себе две функции: защитного и нулевого. Уберите желтый провод – и PEN проводник сразу превратится в N проводник, так как защитную функцию нести перестанет.
Обращаем свой взор на определение зануления:
Зануление — это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением, с глухозаземлённой нейтральной точкой трансформатора.
Открытая проводящая часть - доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции.
То есть под определение открытой проводящей части подходит любой корпус любого электроприемника.
Мы соединили преднамеренно корпус электроаппарата с глухозаземленной нейтралью? Соединили. В нормальном положении корпус без напряжения? Без напряжения. И что мы получили? А получили мы зануление и, одновременно, систему TN-C, так как проводник, идущий с подстанции, только за счет нашего желтого провода стал объединять в себе две функции, и нулевую и защитную.
Но у этой системы очень много недостатков, о которых я расскажу ниже, после рассмотрения вышесказанных систем, чтоб не путать читающих.
И так же, после описания систем TT и TN, опишу чем отличаются между собой зануление и заземление и выполняемые ими защитные функции.
Система TT
Почитал я про опасности зануления и систему TN-C (где-то намного ниже) и решил – зачем рисковать, сделаю я себе отдельное заземление. Естественно в квартире сделать ПРАВИЛЬНОЕ заземление (почему заземление должно быть правильным расскажу ниже) затруднительно, поэтому мы перенесемся в частный дом/дачу.
Рассчитали мне контур заземления, сделал я контур согласно расчетов (вбил вокруг своего дома/дачи вертикальные штыри, обварил их полосой, вывел эту полосу к щиту и приварил ее (или посадил на болтовое соединение)).
Защитный проводник подключил к шине, на которой раньше «сидел» приходящий PEN проводник (то есть к корпусу электрощита), установил дополнительную ИЗОЛИРОВАННУЮ от корпуса щита нулевую шину и нули (что приходящий, что отходящий) подключил к этой изолированной от корпуса шине. В общем сделал всё как на рисунке.
Я получил систему ТТ.
Кстати, обратите внимание, мой бывший PEN проводник опять превратился в N проводник, так как я лишил его выполнения защитной функции. Этот проводник с корпусом электроприбора никак не связан. Был PEN – снова стал N.
И при этом в «голове» ничего не изменилось, у меня как был трансформатор с глухозаземленной нейтралью – так он и остался. То есть какую роль выполняет приходящий ко мне нулевой проводник – PEN или N – решаю лично я (или управляющая компания многоквартирного дома), просто давая этому проводнику различные функции, переключая его тем или иным образом.
Вот и вся система ТТ. Фаза отдельно, ноль – отдельно, защитный проводник – отдельно вообще от всех. Если фаза и ноль хоть как-то связаны через трансформатор, то PE проводник сам по себе.
В системах ТТ и IT заземление (PE) существует само по себе, ничем не связанное с глухозаземленной нейтралью трансформатора. Это именно ЗАЗЕМЛЕНИЕ.
Про систему IT чуть ниже.
В системе ТТ установка УЗО является ОБЯЗАТЕЛЬНОЙ!
Но об этом так же ниже. Рисунок специально сделан не совсем правильно, чтоб была видна разница подключения нулевых и защитных проводников в разных системах защиты. Этот рисунок – наглядное пособие, а не пример производства монтажа.
Система TN-C-S
Более новая и менее опасная система, по отношению к TN-C. Во ВРУ жилого дома или в электрощите частного дома/дачи так же устанавливается изолированная нулевая шина, как в системе ТТ.
Нулевой проводник подключается к корпусу щита (ну или к шине, которая соединена с корпусом щита, это уже не так важно, разговор не о том, куда подключено, а об ОТЛИЧИИ систем). Обратите внимание, что в данной системе нулевому проводнику возвращается гордое звание PEN, так как согласно рисунка он опять начинает нести защитную функцию, то есть к приходящему от трансформатора нулевому проводнику подключается и рабочий ноль (N), и защитный проводник (PE).
Отличие от системы ТТ только в том (если не принимать во внимание контур заземления), что мы перемычкой объединили две шинки, ранее бывшими независимыми – шину N и шину PE.
Добавьте к этому рисунку повторное заземление, уберите перемычку между N и PE, а приходящий нулевой проводник пересадите на шину N – и получим систему ТТ, а наш PEN проводник сразу станет N проводником. То есть опять же отличия минимальные и зависят только от места подключения приходящего нулевого проводника и наличии перемычки. Перемычка должна быть минимум двойная и определенного сечения, но это уже из другой оперы.
Система TN-S
Самая молодая, самая дорогая и считающаяся самой надежной системой защиты.
Это единственная система, требующая переделки в «голове», то есть на питающей подстанции. Переделки минимальной, но дорогостоящей.
В чем она выражается: тот же трансформатор, та же самая глухозаземленная нейтраль, те же самые три фазных провода и один нулевой, НО к дополнению к нулевому проводнику монтируется еще один проводник, от контура заземления.
Если обратить внимание на самую первую картинку (с трансформатором), то представьте, что непосредственно к полосе контура заземления (ее видно на правой стенке камеры трансформатора) подключили еще один проводник, и к вам в многоквартирный дом или в частный дом/дачу идут не четыре (два) проводника, а пять (три). Соответственно фазный провод на автомат, нулевой на шину N (синий), защитный – на шину PE (желтый).
И, обратите внимание, в этом случае наш нулевой проводник опять оказывается N проводником.
Почему система дорогая? А представьте сколько меди или алюминия придется потратить, чтобы хотя бы в одном городе перевести все дома на систему TN-S. Я так думаю, не одну сотню километров….
Вроде бы всё понятно и каких-либо особых нюансов тут нет.
Статья написана специально для группы Электрик https://vk.com/ehlektrik.
Система IT
Рисунка не будет.
Потребителю подаются только фазные проводники.
Необходим ОБЯЗАТЕЛЬНЫЙ монтаж своего контура заземления.
Нюансов тут много, но описывать их не вижу смысла, кто работает с этой системой их и так должен знать, а тем, кто с этой системой не работает информацию может поискать и сам, в качестве самообразования, если будет на то желание.
Предварительные итоги.
Итак, в системах защиты человека от поражения электрическим токов при прикосновении к корпусам электроприборов используются зануление и заземление.
К заземлениям относятся системы TT и IT, так как в них защитный проводник PE живет своей жизнью и не связан с глухозаземленной нейтралью трансформатора.
Системы TN, будь то TN-C, TN-C-S или TN-S относятся к занулению, так как корпуса электроприемников так или иначе связаны проводником с глухозаземленной нейтралью трансформатора.
В системе TN-C эта связь прямая (защитный желтый проводник подключается к приходящему PEN проводнику и через него к нейтрали трансформатора), в системе TN-C-S эта связь осуществляется так же, но через перемычку между N и PE шинами (корпус вашей стиральной машины через желтый провод, PE шину и приходящий PEN проводник соединяется с нейтралью трансформатора), в системе TN-S эта связь осуществляется непосредственно на трансформаторе (корпус стиральной машины через желтый проводник, PE шину и приходящий от трансформатора PE проводник соединяется с нейтралью трансформатора).
Если в вашем доме/квартире сделана двухпроводная система, то ни к какой системе защиты она не относится.
Для систем защиты TT и TN требуется три провода (или пять, при трехфазном питании), а вид этой защиты зависит от того, как вы подключите провод, приходящий от нейтрали трансформатора (кроме системы TN-S).
А дальше интереснее. Системы TN – это зануление. Но нейтраль трансформатора у нас ведь заземлена! И к тому же возможно у вас смонтирован свой повторный контур заземления. И мы получаем не чистое зануление, а зануление заземленное.
И получается, что если в системах IT и TT мы имеем чистое заземление, то в системах TN у нас зануление не чистое, а заземленное. То есть чистого зануления, как такового, в современных реалиях не бывает. В системах TN зануление можно назвать только условно. Если, например, убрать у трансформатора контур заземления, то можно попробовать сказать «занулено», НО: зануление – это присоединение к ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ нейтрали. Если нейтраль изолирована – то согласно Правил такое соединение занулением считаться не может. То есть может быть или заземление (IT, TT), или заземленное зануление (TN). Можно так же назвать такую систему зануление с заземлением.
Еще раз вкратце. К вам приходит два проводника, фазный и нулевой, а у вас в квартире/доме три проводника: фазный (L), нулевой(N) и защитный (PE). В щите (во ВРУ) установлены две независимых шины, одна на корпусе (PE), другая изолированная от корпуса (N). Итак:
1. Приходящий от трансформатора ноль вы подключаете к шине PE и к ней же подключаете свои рабочие (синие) и защитные (желтые) проводники. Вторую шину (изолированную от корпуса) вы игнорируете, она стоит пустая. У вас система TN-C, а подключенный к шине проводник – PEN.
2. Вы монтируете контур заземления, подключаете его к шине РЕ, к ней же подключаете свои защитные проводники. К изолированной шине (N) вы подключаете приходящий с трансформатора ноль и к ней же подключаете свои нулевые (синие) проводники. У вас система ТТ. Приходящий с трансформатора проводник становится N проводником (условно).
3. Вы переключаете приходящий с трансформатора нулевой проводник к шине РЕ, и между шиной PE и изолированной шиной N делаете перемычку. У вас система TN-C-S, а приходящий с трансформатора проводник опять оказывается PEN проводником.
4. Вы тянете к себе еще один провод, подключенный непосредственно к контуру заземления на питающей подстанции, подключаете его к шине РЕ, приходящий от трансформатора проводник переключаете на изолированную шину N, убираете перемычку между шинами N и PE – получаете TN-S, а проводник, идущий от трансформатора опять становится N проводником (условно).
Почему условно – описано выше, так как у нас нет «чистого» зануления.
Принцип работы защит.
Повторю еще раз, что любая система защиты должна прежде всего защитить человека от поражения электрическим током. В этом их схожесть. А в чем разница? В действии защит.
· При занулении действие защиты основано на прохождении большого тока (тока короткого замыкания) и отключении поврежденной линии автоматическим выключателем.
Как оно работает?
На картинке система TN-C. При попадании фазы на корпус возникает ток короткого замыкания по цепочке: фазный проводник (красный), электроприбор, фаза на корпус (красная линия от нагрузки к корпусу), желтый защитный проводник, корпус электрощита или неизолированная от корпуса шина, приходящий PEN проводник, нейтраль трансформатора. По большому счету возникает эффект, как будто соединили фазный проводник после автомата с приходящим нулевым проводником (ну или закоротили розетку). Через фазный проводник начинает идти большой ток и автоматический выключатель отключается.
При занулении действие защиты основано на отключение поврежденного оборудования.
· При заземлении действие защиты основано на уравнивании потенциалов (напряжения) между землей и корпусом поврежденного электроприемника.
Я не стал рисовать картинку, можно посмотреть систему заземления ТТ в главе 3.
Фаза точно так же попадает на корпус, но идет не к нулевому (нейтральному) выводу трансформатора, а «стекает» по контуру на землю. То есть у меня одноименная фаза как на земле, так и на корпусе, между ними нет разности потенциала (нет напряжения), эффект «птички на проводе». Я стою ногами на фазе и трогаю эту же фазу (я сейчас не говорю про шаговое напряжение, про напряжение прикосновения, я идеализирую ситуацию для лучшего понятия процесса). То есть между мною и металлическим корпусом в идеале напряжение одинаковое и меня «не дернет».