Конспект

Заземление: основы и системы

Ключевые тезисы

• Заземление — преднамеренное соединение части электроустановки с заземляющим устройством, главная цель которого — безопасность.
• Существуют разные системы заземления, определяемые состоянием нейтрали источника питания (трансформатора) и способом подключения корпусов электроприборов.
• Выбор системы зависит от требований к безопасности, бесперебойности электроснабжения и типа электроустановки (бытовая сеть, предприятие, сети высокого напряжения).

Основное содержание

Цель и суть заземления

Заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо части сети или электроустановки (токоведущей или проводящей) с заземляющим устройством. Его основная функция — обеспечение электробезопасности, даже если оно необходимо для корректной работы защитных устройств.

Пример для понимания: Если генератор с изолированной нейтралью подвесить в воздухе на изоляторах, человек может коснуться фазного провода без удара током. Путь для тока через тело в землю будет прерван высоким сопротивлением изоляции. Это демонстрирует принцип: опасность возникает при наличии разности потенциалов.

Защитное заземление устраняет эту разность, соединяя корпус прибора с землёй. Если человек, стоящий на земле, коснётся заземлённого корпуса, между точками касания (рука-нога) не будет опасной разности потенциалов, и ток через тело не пойдёт.

Системы заземления в сетях до 1000 В

Согласно ПУЭ, для низковольтных сетей (бытовых, цеховых) определены три основные системы. Их обозначение — две буквы:

• Первая буква — состояние нейтрали источника питания (трансформатора):
  • T (Terra) — нейтраль глухо заземлена.
  • I (Isolated) — нейтраль изолирована или заземлена через большое сопротивление.
• Вторая буква — способ подключения открытых проводящих частей (корпусов электроприборов):
  • N (Neutral) — корпуса соединены с глухозаземлённой нейтралью источника.
  • T (Terra) — корпуса заземлены через собственное заземляющее устройство, независимое от нейтрали источника.

Система TN (нейтраль заземлена, корпуса соединены с ней)

Делится на три подсистемы в зависимости от конструкции нулевых проводников:

• TN-C: Совмещённый нулевой защитный и рабочий проводник (PEN). Исторически первая, менее безопасная система. Защита — зануление.
• TN-S: Раздельные нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники. Более безопасная современная система.
• TN-C-S: Комбинированная система. На участке от подстанции до здания — PEN-проводник, на вводе в здание он разделяется на N и PE, и дальше к потребителю идёт система TN-S.

Система TT

Нейтраль трансформатора заземлена (T), а корпуса электроприборов в здании заземлены через собственное независимое заземляющее устройство (вторая T). Применяется там, где система TN не может обеспечить достаточную безопасность (например, при риске обрыва PEN-проводника, на временных объектах типа стройплощадок).

Система IT

Нейтраль источника питания изолирована или заземлена через большое сопротивление (I), а корпуса электроприборов заземлены (T). Не применяется в бытовых сетях. Используется в установках с повышенными требованиями к бесперебойности электроснабжения (шахты, суда, некоторые производства).

Принцип работы IT: Первое однофазное замыкание на землю не приводит к отключению, так как ток замыкания мал (ограничен сопротивлением изоляции и ёмкостью фаз). Срабатывает сигнализация, и у персонала есть время найти и устранить повреждение до возникновения второго замыкания, которое уже вызовет короткое замыкание.

Системы уравнивания и выравнивания потенциалов

Для полной безопасности важно не только заземлить корпуса, но и уравнять потенциалы всех проводящих частей, которых человек может коснуться одновременно (трубы, корпуса, металлоконструкции).

• Система уравнивания потенциалов (СУП): Соединение всех проводящих частей здания с главной заземляющей шиной (ГЗШ) специальными проводниками. Это обеспечивает одинаковый потенциал на всех элементах.
• Система выравнивания потенциалов: Часть СУП, направленная на выравнивание потенциалов на поверхности пола/земли (например, с помощью проводящих сеток в стяжке). Цель — снижение шагового напряжения.

Заземление в сетях выше 1000 В

В сетях среднего (6-35 кВ) и высокого (110 кВ и выше) напряжения заземление нейтрали обеспечивает в первую очередь правильный режим работы электроустановок и быстрое отключение повреждений.

• Сети 6-35 кВ: Исторически применялись системы с изолированной или компенсированной нейтралью (дугогасящий реактор) для сохранения электроснабжения при первом замыкании. Современный тренд — переход на резистивное заземление нейтрали через резистор. Это обеспечивает достаточный ток для мгновенного срабатывания защиты, минимизируя повреждения.
• Сети 110 кВ и выше: Применяется эффективное (110 кВ) или глухое (220 кВ и выше) заземление нейтрали. Эти сети работают в кольцевом режиме, и отключение одной линии не ведёт к погашению потребителей. Заземление нейтрали необходимо для быстрого отключения повреждений и предотвращения коммутационных перенапряжений.

Выводы

• Заземление — ключевой элемент электробезопасности, устраняющий опасную разность потенциалов.
• В бытовых сетях до 1000 В применяются системы TN-S, TN-C-S и, реже, TT.
• Выбор системы заземления в сетях разного напряжения является компромиссом между требованиями безопасности, надёжности и бесперебойности электроснабжения.
• Для комплексной защиты необходима правильная организация не только заземления, но и систем уравнивания потенциалов.