Пълен водичник за системи за заземване

Системата за заземване, известна също като система за заземяване, свързва определени части на електрическата система за доставка на енергия с земята, обикновено проводящата повърхност на Земята, за целите на безопасност и функционалност. Изборът на система за заземване може да повлияе върху безопасността и електромагнитната съвместимост на инсталацията. Регламентите за системи за заземване се различават между държавите, макар че повечето следват препоръките на Международната електротехническа комисия (IEC). В тази статия ще обясним различните типове системи за заземване, техните предимства и недостатъци, както и как да ги проектираме и инсталираме.

Какво е система за заземване?

Системата за заземване се дефинира като набор от проводници и електроди, които осигуряват път с ниско съпротивление за електрически ток да протече към земята при аварийна ситуация или неизправност. Това е важно поради няколко причини:

• Защита на оборудването: Системата за заземване помага да защити електрическото оборудване от повреди, причинени от прекомерно напрежение или краткосвързване. Тя също предотвратява натрупване на статично електричество и избухвания, причинени от близки удари на мълнии или операции по превключване.

• Защита на хората: Системата за заземване помага да предотврати рискове от електрически удар, като гарантира, че откритите метални части на електрическите инсталации са на същата потенциала като земята. Тя също така улеснява функционирането на защитни устройства, такива като превключватели за предпазване или устройства за остатъчен ток (RCD), които могат да прекъснат доставката при аварийна ситуация.

• Референтна точка: Системата за заземване предоставя референтна точка за електрическите цепи и оборудване, така че те да могат да работят на безопасно напрежение спрямо Земята. Това гарантира, че всяка електрическа енергия, която не е използвана от потребителя, е безопасно разсейвана към земята.

Типове системи за заземване

BS 7671 изброява пет типа системи за заземване: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C и IT. Буквите T и N означават:

• T = Земя (от френската дума Terre)

• N = Нейтрален

Буквите S, C и I означават:

• S = Разделен

• C = Комбиниран

• I = Изолиран

Типът система за заземване се определя от начина, по който източникът на енергия (например трансформатор или генератор) е свързан със земята и как терминалът за заземване на потребител е свързан с източника или с локален заземващ електрод.

TN-S система

TN-S системата, показана на фигура 1, има нейтралния източник на енергия, свързан със земята само в една точка, при или възможно най-близо до източника. Терминалът за заземване на потребител обикновено е свързан с металния корпус или обвивка на кабела за доставка на услугите в помещенията.

Фигура 1: TN-S система

Предимствата на TN-S системата са:

• Осигурява път с ниско импеданс за аварийни токове, което гарантира бързо действие на защитните устройства.

• Избягва всякаква потенциална разлика между нейтралния и заземената част в помещенията на потребител.

• Намалява риска от електромагнитна интерференция, причинена от общомодови токове.

Недостатъците на TN-S системата са:

• Изисква отделен защитен проводник (PE) заедно с проводниците за доставка, което увеличава цената и сложността на проводките.

• Може да бъде засегната от корозия или повреди на металния корпус или обвивка на кабела за доставка, което може да компрометира ефективността й.

TN-C-S система

TN-C-S системата, показана на фигура 2, има нейтралния проводник на главната разпределителна мрежа, свързан със земята при източника и на интервали по протежение на своята трасировка. Това обикновено се нарича многократно заземване (PME). При тази конфигурация, нейтралният проводник на доставчикът също се използва за връщане на аварийни токове, произтичащи в инсталацията на потребител, безопасно към източника. За да се постигне това, доставчикът предоставя терминал за заземване на потребител, свързан с входящия нейтрален проводник.

Фигура 2: TN-C-S система

Предимствата на TN-C-S системата са:

• Намалява броя на проводниците, необходими за доставка, което намалява цената и сложността на проводките.

• Осигурява път с ниско импеданс за аварийни токове, което гарантира бързо действие на защитните устройства.

• Избягва всякаква потенциална разлика между нейтралния и заземената част в помещенията на потребител.

Недостатъците на TN-C-S системата са:

• Може да създаде риск от електрически удар, ако има прекъсване на нейтралния проводник между две точки на заземяване, което може да доведе до увеличение на напрежението при допир на открити метални части.

• Може да предизвика нежелани токове в метални тръби или конструкции, свързани със земята в различни точки, което може да доведе до корозия или интерференция.

TT система

TT системата, показана на фигура 3, има както източника, така и инсталацията на потребител, свързани със земята чрез отделни електроди. Тези електроди нямат никаква пряка връзка помежду си. Този тип система за заземване е приложим както за трифазни, така и за единофазни инсталации.

Фигура 3: TT система

Предимствата на TT системата са:

• Елиминира всеки риск от електрически удар, причинен от прекъсване на нейтралния проводник или контакт между живи проводници и заземени метални части.

• Избягва нежелани токове в метални тръби или конструкции, свързани със земята в различни точки.

• Позволява повече гъвкавост в избора на местоположението и типа на заземващите електроди.

Недостатъците на TT системата са:

• Изисква ефективен локален заземващ електрод за всяка инсталация, което може да бъде трудно или скъпо да се постигне в зависимост от условията на почвата и наличието на пространство.

• Изисква допълнителни защитни устройства, такива като RCD или ELCB, управляеми от напрежение, за да се гарантира надеждно прекъсване при аварийна ситуация.

• Може да доведе до по-високо напрежение при допир на открити метални части, поради по-висок земен контурен импеданс.

TN-C система

TN-C системата, показана на фигура 4, има както нейтралната, така и защитната функции комбинирани в един единствен проводник през цялата система. Този проводник се нарича PEN (protective earth neutral). Терминалът за заземване на потребител е директно свързан с този проводник.