Полное руководство по системам заземления
Система заземления, также известная как система заземления, соединяет определенные части электрической системы питания с землей, обычно с проводящей поверхностью Земли, в целях безопасности и функциональности. Выбор системы заземления может повлиять на безопасность и электромагнитную совместимость установки. Нормы для систем заземления различаются в разных странах, хотя большинство следуют рекомендациям Международной электротехнической комиссии (IEC). В этой статье мы объясним различные типы систем заземления, их преимущества и недостатки, а также как их проектировать и устанавливать.
Что такое система заземления?
Система заземления определяется как набор проводников и электродов, которые обеспечивают низкоомный путь для электрического тока, чтобы он мог протекать к земле в случае неисправности или сбоя. Это важно по нескольким причинам:
Защита оборудования: Система заземления помогает защитить электрическое оборудование от повреждений, вызванных перенапряжением или коротким замыканием. Она также предотвращает накопление статического заряда и скачки напряжения, вызванные близкими ударами молнии или коммутационными операциями.
Защита людей: Система заземления помогает предотвратить опасность поражения электрическим током, обеспечивая, чтобы открытые металлические части электрических установок находились на том же потенциале, что и земля. Она также способствует работе защитных устройств, таких как автоматические выключатели или устройства защитного отключения (УЗО), которые могут отключить питание в случае неисправности.
Точка отсчета: Система заземления предоставляет точку отсчета для электрических цепей и оборудования, чтобы они могли работать на безопасном уровне напряжения относительно Земли. Это обеспечивает, что любая электроэнергия, которая не используется нагрузкой, безопасно рассеивается в землю.
Типы систем заземления
BS 7671 перечисляет пять типов систем заземления: TN-S, TN-C-S, TT, TN-C и IT. Буквы T и N означают:
T = Земля (от французского слова Terre)
N = Нейтраль
Буквы S, C и I означают:
S = Отдельно
C = Объединенно
I = Изолировано
Тип системы заземления определяется тем, как источник энергии (например, трансформатор или генератор) подключен к земле, и как заземляющий вывод потребителя подключен к источнику или к местному заземляющему электроду.
Система TN-S
Система TN-S, показанная на рисунке 1, имеет нейтральный источник энергии, подключенный к земле только в одной точке, максимально близко к источнику. Заземляющий вывод потребителя обычно подключен к металлической оболочке или броне кабеля, подводящего энергию в помещение.
Рисунок 1: Система TN-S
Преимущества системы TN-S:
Обеспечивает низкоомный путь для токов короткого замыкания, что гарантирует быстрое срабатывание защитных устройств.
Избегает любого потенциального различия между нейтралью и землей в пределах помещения потребителя.
Снижает риск электромагнитных помех из-за общих модовых токов.
Недостатки системы TN-S:
Требует отдельного защитного проводника (PE) вместе с проводниками питания, что увеличивает стоимость и сложность прокладки.
Может быть затронута коррозией или повреждением металлической оболочки или брони кабеля, что может ухудшить ее эффективность.
Система TN-C-S
Система TN-C-S, показанная на рисунке 2, имеет нейтральный проводник питания, подключенный к земле на источнике и через определенные интервалы вдоль его пути. Это обычно называется многократным заземлением (PME). При таком расположении нейтральный проводник распределительной сети также используется для безопасного возврата токов короткого замыкания, возникающих в установке потребителя, к источнику. Для этого распределительная компания предоставляет заземляющий вывод потребителя, который связан с входящим нейтральным проводником.
Рисунок 2: Система TN-C-S
Преимущества системы TN-C-S:
Снижает количество необходимых проводников для питания, что снижает стоимость и сложность прокладки.
Обеспечивает низкоомный путь для токов короткого замыкания, что гарантирует быстрое срабатывание защитных устройств.
Избегает любого потенциального различия между нейтралью и землей в пределах помещения потребителя.
Недостатки системы TN-C-S:
Может создать риск поражения электрическим током, если произойдет разрыв нейтрального проводника между двумя точками заземления, что может привести к увеличению контактного напряжения на открытых металлических частях.
Может вызвать нежелательные токи в металлических трубах или конструкциях, подключенных к земле в различных точках, что может привести к коррозии или помехам.
Система TT
Система TT, показанная на рисунке 3, имеет как источник, так и установку потребителя, подключенные к земле через отдельные электроды. Эти электроды не имеют прямого соединения друг с другом. Этот тип системы заземления применим как для трехфазных, так и для однофазных установок.
Рисунок 3: Система TT
Преимущества системы TT:
Устраняет риск поражения электрическим током при разрыве нейтрального проводника или контакте между живыми проводниками и заземленными металлическими частями.
Избегает нежелательных токов в металлических трубах или конструкциях, подключенных к земле в различных точках.
Позволяет более гибко выбирать местоположение и тип заземляющих электродов.
Недостатки системы TT:
Требует эффективного местного заземляющего электрода для каждой установки, что может быть сложно или дорого достичь в зависимости от почвенных условий и доступности пространства.
Требует дополнительных защитных устройств, таких как УЗО или ELCB, работающие на напряжении, для обеспечения надежного отключения в случае неисправности.
Может привести к более высокому контактному напряжению на открытых металлических частях из-за более высокого импеданса контура заземления.
Система TN-C
Система TN-C, показанная на рисунке 4, имеет функции нейтрали и защиты, объединенные в одном проводнике на протяжении всей системы. Этот проводник называется PEN (защитная нейтраль). Заземляющий вывод потребителя напрямую подключен к этому проводнику.
Рисунок 4: Система TN-C
Преимущества системы TN-C:
Снижает количество необходимых проводников для питания, что снижает стоимость и сложность прокладки.
Обеспечивает низкоомный путь для токов короткого замыкания, что гарантирует быстрое срабатывание защитных устройств.
Недостатки системы TN-C:
Создает риск поражения электрическим током, если произойдет разрыв проводника PEN или если он войдет в контакт с живыми частями из-за повреждения изоляции.
Вызывает нежелательные токи в металлических трубах или конструкциях, подключенных к PEN в различных точках, что может привести к коррозии или помехам.
Требует специальных мер предосторожности при подключении приборов с открытыми металлическими частями, которые могут быть одновременно доступны с другими заземленными металлическими частями.
