Системы заземления электрических сетей

Опыт эксплуатации электрических сетей зданий и сооружений показывает, что в них происходит наибольшее число поражений электрическим током.В мировой практике электроустановкам зда­ний и сооружений уже очень давно уделяется самое пристальное внимание, это видно из международных стандартов МЭК 364-1-72, МЭК 364-2-70 «Электрические установки зданий» и др.

Для совершенствования системы безопасности электрических сетей зданий и сооружений в России был разработан и в конце XX века введен в действие комплекс государственных стандартов ГОСТ Р 50571 (доработка которого продолжается и но настоящее время).

На основе ГОСТа Р 50571.2-1994 и других стандартов были переработаны Правила устройства электроустановок. В настоящее время ГОСТ Р 50571.2-1994 в части пунктов 31,33 - 35 отменен и с 01.07.2010 года введен в действиеГОСТ Р 50571.1-2009 (МЭК 60364-1:2005) «Электроустановки низковольтные. Часть 1. Ос­воение положения, оценка общих характеристик, термины и определения». Однако необходимоучитывать, что все ГОСТы для организаций, эксплуатирующих ЭУ, не являются документами пря­мого пользования. До тех пор, пока не будут внесены изменения в ПУЭ или не будет дополнительных указаний от надзорных органов по применению ГОСТа Р 50571.1-2009, эксплуатация ЭУ должна осуществляться по ПУЭ в действующей ныне редакции.

Проектным, конструкторским организациям, изготовителям электротехнической продукции, научно-исследовательским, учеб­ным и другим аналогичным организациям в своей работе допуска­ется использовать действующие ГОСТы, даже если в документы более низкого иерархического уровня (Правила, Нормы и т.п.) из­менения не внесены.

В данной книге будут рассмотрены системы заземления элек­трических сетей по ПУЭ и дополнительно по ГОСТ Р 50571.1-2009.

1.5.1. Системы заземления электрических сетей зданий и сооружений (ПУЭ-7 издание)

На сегодняшний день системы электроснабжения классифици­руются ПУЭ в зависимости от способа заземления распределитель­ной сети и примененных мер защиты от поражения электрическим током. Распределительные сети подразделяются на сети с заземлен­ной нейтралью и сети с изолированной нейтралью. ПУЭ подразде­ляют распределительные сети, питающие здания и сооружения, в за­висимости от конфигурации токоведущих проводников, включая ну­левой рабочий (нейтральный) проводник, и типов систем заземления.

При этом используются следующие обозначения.

Первая буква в обозначении системы заземления (I или Т) ха­рактеризует связь с землей токоведущих частей (ТВЧ) электриче­ской сети: I isolate (изолированный) показывает, что ТВЧ изолиро­ваны от земли; Т terra (земля) показывает, что ТВЧ хотя бы одной точкой связаны с землей (заземленные сети).

Сети с изолированной нейтралью (I) могут быть:

- малыми сетями, такими как сети безопасного сверхнизкого напряжения (БСНН или SELV) с электрическим отделением с по­мощью разделительных трансформаторов;

- средними сетями, которые используются для повышения живучести систем управления ответственными объектами, например, систем управления движением поездов, систем Министерства обороны РФ, нефтегазотранспортными системами и др;

- распределительными сетями, используемыми для питания целых районов города, такие как трехфазные сети напряжением 230 В (система IT).

Раньше в Европе в основном использовалась система IT, по за­тем она была практически полностью заменена на системы с за­земленной нейтралью. Только в Норвегии система IT все еще ши­роко используется. Существует несколько причин для такой заме­ны. Одной из них является защита от перенапряжений. Система с изолированной нейтралью постепенно заменяется трехфазной сис­темой 230/400 В с заземленной нейтралью. В мире использование системы IT ограничивается специальным применением в тех про­изводствах, где перерыв в работе системы электроснабжения мо­жет быть опасен, например, управления движением поездов, взрывоопасные производства.

Первая буква Т указывает на прямую связь, по меньшей мере, одной точки сети с землей (terra). Например, питаемая от вторич­ной обмотки трансформатора, соединенной в звезду, трехфазная распределительная сеть с нулевым проводником, напряжением 127/220 В или 220/380 В с нейтралью, соединенной с землей через заземляющее устройство. Специальные требования, предъявляе­мые к заземляющим устройствам в зависимости от типа сетей, бу­дут рассмотрены в последующих главах.

Вторая буква характеризует связь с землей ОПЧ и СГТЧ:

- Т показывает, что ОПЧ и СПЧ связаны с землей (заземлены);

- N neutral (нейтральный) показывает, что ОПЧ и СПЧ связаны с заземленной точкой сети посредством нулевого рабочего (N) или нулевого защитного (РЕ) проводников, при этом предполагается, что возможно совмещение в одном проводнике нулевого рабочего и нулевого защитного проводников (PEN).

Вторая буква Т означает прямое соединение между ОПЧ, СПЧ и землей, независимое от системного заземления, которое может содержать или не содержать ТВЧ системы.

Вторая буква N означает прямое соединение ОПЧ и СПЧ с за­земленной точкой (точками) сети посредством PEN- или РЕ- проводника (РЕ - protecte eath - защитная земля). Сетевое заземле­ние, когда какая-либо точка электрической сети связана с землей, и меры защиты от поражения электрическим током (защитное зазем­ление) необходимо рассматривать независимо друг от друга. Одна­ко в табл. 1 они показаны совместно для лучшего понимания.

ТВЧ сети соединяются с землей для ограничения напряжения, которое может появиться на них в результате прямого удара мол­нии или вторичных проявлений молнии (индуцированные волны перенапряжений), а также в результате непреднамеренного контак­та с линиями более высокого напряжения, или в результате пробоя изоляции токоведущих частей распределительной сети. Причины, по которым не соединяют ТВЧ распределительной сети с землей: во избежание перерыва питания потребителя при единственном повреждении (пробой изоляции на землю ТВЧ распределительной сети); во избежание искрообразования во взрыво- и пожароопас­ных зонах при единственном повреждении изоляции ТВЧ сети.

Заземление ЭО, а точнее - заземление ОПЧ, является одной из многочисленных мер, которые могут быть использованы для защи­ты от поражения электрическим током, и предполагает создание эквипотенциальной среды, что снижает вероятность появления на­пряжения на теле человека. В системе TN заземление ОПЧ обеспе­чивает создание для тока замыкания цепи с низким сопротивлени­ем. Это облегчает работу устройств защиты от сверхтока.

Обозначения TN, ТТ и IT относятся только к конфигурации распределительных сетей.

Эти обозначения имеют ограниченное отношение к различным методам, которые могут быть использованы для обеспечения за­щиты от поражения электрическим током, включая заземление ОПЧ. Хотя каждая система обеспечивается посредством соедине­ния ОПЧ с землей, эффективный метод, используемый в установке для защиты от поражения электрическим током, может включать другие меры защиты, например, двойную изоляцию.

Конфигурация распределительной сети и меры, используемые для защиты от поражения электрическим током, являются, каждое в отдельности, предметом самостоятельного рассмотрения.

На рис. 1.2 - 1.6 представлены схемы трехфазных сетей раз­личных систем заземления. Первая буква характеризует связь с землей токоведущих проводников:

- Т (terra - земля) - непосредственное присоединение хотя бы одной точки ТВЧ источника питания к земле;

- I (isolate - изолированный) - все ТВЧ изолированы от земли или одна точка заземлена через сопротивление.

Вторая буква - характер заземления ОПЧ ЭУ:

- Т - непосредственная связь ОПЧ с землей, независимо от ха­рактера связи источника питания с землей;

- N (neutral - нейтральный) - непосредственная связь ОПЧ с точкой заземления источника питания (в системах переменного то­ка обычно называется нейтралью).

Последующие буквы (если таковые имеются) - устройство ну­левого рабочего и нулевого защитного проводников:

- S (selective - разделенный) - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными про­водниками;

- С (complete - общий) - функции нулевого защитного и нуле­вого рабочего проводников объединены в одном проводнике (pEN-провод н ик).

Система TN

Питающие сети системы TN имеют непосредственно присое­диненную к земле точку. ОПЧ ЭУ присоединяются к этой точке посредством нулевых защитных проводников.

В зависимости от устройства нулевого рабочего и нулевого защитного проводников различают следующие типы систем зазем­ления электрических сетей.

Система TN-C-S - функции нулевого рабочего и нулевого за­щитного проводников объединены в одном проводнике в части се­ти (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Электрическая сеть с системой заземления TN-C-S (в начале сети нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены): 1 - ра­бочее заземление источника питания; 2 - открытые проводящие части (кор­пуса) ЭУ; Al, А2 - электроустановки

Система TN-C - функции нулевого рабочего и нулевого за­щитного проводников объединены в одном проводнике по всей Длине (рис.1.3).

Система TN-S - нулевой рабочий и нулевой защитный про­водники работают раздельно по всей длине сети (рис. 1.4а) или ну­левой рабочий проводник не предусмотрен, а предусмотрен только Нулевой защитный проводник (рис. 1.46).

Рис. 1.3. Электрическая сеть с системой заземления TN-C (нулевой за­щитный и нулевой рабочий проводники объединены по всей длине сети); 1 - рабочее заземление источника питания; 2 - открытые проводящие части (корпуса) ЭУ; Al, А2 - электроустановки

Рис.1.4. Электрическая сеть с системой заземления TN-S (нулевой ра­бочий и нулевой защитный проводники работают раздельно): I - рабочее за­земление источника питания; 2 - открытые проводящие части (корпуса) ЭУ; Al, А2, A3 - электроустановки

Система ТТ

Электрическая сеть системы ТТ имеет точку, непосредственно связанную с землей, а ОПЧ (корпуса) ЭУ заземлены посредством защитного заземления R₃, электрически не связанного с рабочим заземлением нейтрали R₀ (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Электрическая сеть с системой заземления ТТ: 1 - рабочее за­земление источника питания; 2 - открытые проводящие части (корпуса) ЭУ: 3 - заземление корпуса электроустановки (защитное заземление); А - элек­троустановка

Система IT

Электрическая сеть системы IT не имеет непосредственной связи ТВЧ с землей, а ОПЧ ЭУ заземлены. Первая буква I означает, что токоведущие проводники (части) сети изолированы от земли, т.е. отделены воздушным промежутком (рисЛ.ба) или устройством с большим сопротивлением, на несколько порядков большим, чем Яо (рис. 1.66).

Опасность поражения электрическим током существенно зави­сит и от типа помещения в котором эксплуатируется ЭУ, это необ­ходимо учитывать при проектировании и эксплуатации электриче­ских сетей и ЭУ.

Электрические сети до 1000 В переменного тока могут выпол­няться с заземленной нейтралью (системы заземления: TN-S, TN- C-S, TN-C) или с изолированной нейтралью (система заземления IT), электроустановки постоянного тока - с заземленной (системы заземления: TN-S, TN-C, TN-C-S) или с изолированной (система заземления IT) средней точкой, а ЭУ с однофазными источниками тока - с одним заземленным (системы заземления: TN-S, TN-C или TN-C-S) или с обоими изолированными выводами (система заземления IT).

Рис. 1.6. Электрическая сеть с системой заземления IT: 1 - открытые проводящие части (корпуса) ЭУ; 2 - заземление корпусов электроустановки (защитное заземление); 3 - заземляющий реактор RA, изолирующий токоведущие проводники сети от земли; Al, А2 - электроустановки

В четырехпроводных сетях трехфазного тока и трехпроводных сетях постоянного тока заземление нейтрали или средней точки источников тока (система заземления TN-C) является обязатель­ным.

1.5.2. Типы заземления систем переменного тока низковольтных электроустановок зданий (ГОСТ Р 50571.1-2009)

Системы заземления распределительных электрических сетей низковольтных электроустановок зданий, указанные в ГОСТе Р 50571.1-2009 «Электроустановки низковольтные. Часть 1. Ос­новные положения, оценка общих характеристик, термины и определения» (введен в действие с 01.07.2010 года), несколько от­личаются от приведенных в ПУЭ: введены новые и конкретизиро­ваны некоторые старые термины и определения, даны пояснения по устройству проводников и системному заземлению, приведены примеры графических изображений различных типов заземления систем переменного и постоянного тока с одним и несколькими ис­точниками питания и т.д.

В целом, указанный ГОСТ распространяется на проектирова­ние, монтаж и проверку электроустановок следующих объектов:

а) жилых зданий;

б) торговых предприятий;

в) общественных зданий;

г) производственных зданий;

д) сельскохозяйственных и садоводческих строений;

е) сборных зданий;

ж) жилых автофургонов, стоянок для них и аналогичных уча­стков;

з) строительных площадок, выставок, ярмарок и других вре­менных сооружений;

и) пристаней для малых судов, используемых на досуге:

к) наружного освещения и установок аналогичного назначения (кроме установок для уличного освещения, являющихся частью коммунальной электрической сети);

л) медицинских учреждений;

м) подвижных или транспортируемых средств;

н) фотоэлектрических систем;

о) низковольтных генераторных установок.

Примечание. Под терминами «здание», «строение», «предприятие», «сооружение», «учреждение» понимают также земельные участки и все, что на них находится.

ГОСТ Р 50571.1-2009 охватывает:

- электрические цепи с номинальным напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока включительно. Для переменного тока предпочтительными частотами являются 50, 60 и 400 Гц. Не исключается использование других частот для специ­альных цепей;

- электрические цепи напряжением, превышающим 1000 В, и питаемые от ЭУ напряжением не более 1000 В переменного тока (за исключением внутренней электропроводки электрооборудова­ния), например газоразрядных ламп, электростатических фильтров;

- любые электропроводки, на которые специально не распро­страняются стандарты на электротехнические изделия;

- все ЭУ потребителя, расположенные вне зданий;

- стационарные проводки связи, сигнализации, управления и т.п. (за исключением внутренней электропроводки оборудований);

- расширение или реконструкцию ЭУ в целом или ее частей.

Примечание - Требования, изложенные в настоящем стандарта, распро­страняются на электроустановки, эксплуатируемые в нормальных условиях, однако в определенных случаях может возникнуть необходимость в допол­нительном включении требований или рекомендаций из других стандартов (например, на ЭУ, используемые во взрывоопасных газовых, средах).

ГОСТ Р 50571.1-2009 не распространяется на:

а) электрическое тяговое оборудование, включая подвижной состав и оборудование сигнализации;

б) электрическое оборудование автомашин, за исключением жилых автофургонов;

в) электрические установки па судах и самоходных или закре­пленных стационарных морских платформах;

г) электроустановки на самолетах;

д) установки для уличного освещения, являющиеся частью коммунальной электрической сети;

д) электроустановки в шахтах и карьерах;

ж) оборудование для подавления радиопомех за исключением тех случаев, когда оно влияет на безопасность электроустановки;

з) электрические ограждения;

и) наружные системы молниезащиты зданий;

к) некоторые вопросы, связанные с ЭУ для лифтов;

л) электрическое оборудование для машин и механизмов.

ГОСТ Р 50571.1-2009 не распространяется на:

- системы для распределения электроэнергии потребителям;

- системы для производства и передачи электроэнергии для таких систем.

ГОСТ Р 50571.1-2009 (МЭК 60364-1:2005) «Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих ха­рактеристик, термины и определения», введенный в действие с 01.07.2010,систему распределения электроэнергии определяет как низковольтную электрическую систему, которая включает в себя распределительную электрическую сеть, состоящую из ис­точника питания, линии электропередачи и электроустановки.

Наиболее распространенная система распределения электро­энергии (см. рис. 1.7) включает в себя ЭУ здания, которая подключе­на к низковольтной распределительной электрической сети, состоя­щей из источника питания и низковольтной линии электропередачи.

Тип заземления системы определяет как комплексную ха­рактеристику системы распределения электроэнергии, устанав­ливающую наличие или отсутствие заземления токоведупцих час­тей источника питания, наличие заземления открытых проводя­щих частей электроустановки или электрооборудования, наличие и способ выполнения электрической связи между заземленными Моковедугцими частями источника питания и указанными от­крытыми проводящими частями.

Термин «тип заземления системы» устанавливает специаль­ные требования ко всем элементам, входящим в состав системы распределения электроэнергии. Для составных частей распредели­тельной электрической сети рассматриваемая характеристика уста­навливает следующие требования:

- к источнику литания - наличие или отсутствие заземления его токоведущих частей. Если источник питания имеет заземлен­ную токоведущую часть, то в распределительной электрической сети может быть выполнено дополнительное заземление провод­ников, которые имеют электрическое соединение с заземленной токоведущей частью источника литания. Если источник питания имеет изолированные от земли токоведущие части, то проводники распределительной электрическое сети, как правило, должны быть изолированы от земли или, как исключение, какой-то проводник может быть заземлен через сопротивление;

- к линии электропередачи - особенности построений защит­ных и нейтральных проводников.

Для ЭУ или ЭО этой характеристикой устанавливают требова­ния к выполнению заземления открытых проводящих частей, а также к наличию или отсутствию электрического соединения по­следних с заземленной токоведущей частью источника питания.