В чём «засада» системы ТТ? Дискуссии по системам заземления ТТ и TN-C (TN-C-S, TN-S) довольно часто возникают между профессиональными электриками и не только между ними. Не смотря на бурные обсуждения, к единому мнению по вопросам преимуществ и недостатков этих систем до сих пор в интернете не пришли. Более того, большинство не понимает, в чем принципиальная разница между системами TN-C-S (TN-S) и ТТ.
Для начала попытаемся выяснить, что же в действительности подразумевается под термином «тип системы заземления» или «тип заземления системы» согласно ГОСТ 30331.1-2013 (IEC 60364-1:2005) «Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения» (здесь и далее цитаты из нормативных документов будут выделены курсивом):
20.75 тип заземления системы: Комплексная характеристика системы распределения электроэнергии, устанавливающая наличие или отсутствие заземления частей источника питания, находящихся под напряжением, наличие заземления открытых проводящих частей электроустановки или электрооборудования, наличие и способ выполнения электрического соединения между заземленными частями источника питания, находящимися под напряжением, и указанными открытыми проводящими частями.
Примечание ‒ 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 питания ‒ наличие или отсутствие заземления его частей, находящихся под напряжением. Если источник питания имеет заземлённую часть, находящуюся под напряжением, то в распределительной электрической сети может быть выполнено дополнительное заземление проводников, которые имеют электрическое соединение с заземлённой частью источника питания, находящейся под напряжением. Если источник питания имеет изолированные от земли части, находящиеся под напряжением, то проводники распределительной электрической сети, как правило, должны быть изолированы от земли или, как исключение, какой-то проводник может быть заземлён через большое полное сопротивление.
- к линии электропередачи ‒ требования к устройству защитных, нейтральных, средних и заземленных линейных проводников.
Для электроустановок или электрооборудования этой характеристикой устанавливают требования к выполнению заземления открытых проводящих частей, а также к наличию или отсутствию электрического соединения последних с заземлённой частью источника питания, находящейся под напряжением.
Вот такое длинное и нудное определение загадочного термина «тип заземления системы», которое не каждый рядовой электрик сможет запомнить и понять с первого раза.
Например, не совсем понятна часть определения, где говорится: «...проводники распределительной электрической сети, как правило, должны быть изолированы от земли или, как исключение, какой-то проводник может быть заземлён через большое полное сопротивление».
Многим профессиональным электрикам и даже людям далёким от электротехники известно о существовании заземления нейтрали источника питания в системе IT через большое активное сопротивление, однако совершенно непонятно, зачем заземлять «какой-то проводник» распределительной сети, да к тому же через «большое полное сопротивление»?
В итоге, прочитав внимательно раза три-четыре это хитроумное определение, можно, наконец-таки, понять, что никакой особой разницы между терминами «тип заземления системы» и «тип системы заземления» не существует ‒ это не более чем игра слов.
В обоих случаях речь идёт о какой-то «системе», имеющей (или не имеющей) заземление каких-то проводников источника и потребителя электрической энергии, поэтому «нестандартные» термины система заземления (без слова тип) или просто система (без слов тип и заземления) тоже имеют право на существование, в чём можно убедиться, внимательно читая тот же ГОСТ 30331.1-2013.
Определения и схемы типов систем заземления ТТ и TN-C
Итак, читая далее ГОСТ 30331.1-2013, можно найти интересующие нас определения систем ТТ и TN-C, а также соответствующие им электрические схемы:
312.2.2 Система ТТ переменного тока (система распределения электроэнергии, имеющая тип заземления системы ТТ)
Система питания при типе заземления системы ТТ имеет одну часть источника питания, находящуюся под напряжением, непосредственно заземленную. Открытые проводящие части электроустановки заземлены посредством присоединения к заземляющему устройству, имеющему заземлитель, электрически независимый от заземлителя заземляющего устройства источника питания (см. рисунки 31F1 и 31F2).
Примечание ‒ В электроустановке допускается дополнительное заземление защитного проводника (РЕ).
Обратим особое внимание на то место, где в системе ТТ расположено защитное заземление под номером 2 (точнее, заземляющее устройство). Оно расположено на вводе электроустановки потребителя 4, но никак не в распределительной сети! Это очень важный момент, которого мы ещё коснёмся ниже.
Далее вспомним старую добрую и до боли всем знакомую систему TN-C, которая многим больше известна под названием «трёхфазная четырёхпроводная система с глухозаземлённой нейтралью источника питания»:
Примечание ‒ В распределительной электрической сети и в электроустановке допускается дополнительное заземление PEN-проводника.
Здесь также обратим особое внимание на то место, где в системе TN-C расположено защитное заземление под номером 2 (точнее, заземляющее устройство повторного заземления PEN-проводника). В этой системе оно расположено в распределительной сети 5 и допускается дополнительное заземление PEN-проводника в электроустановке потребителя 4. Обязательное применение повторного заземления PEN-проводника в системе TN-C регламентируется п. 1.7.102. ПУЭ-7, который мы рассмотрим немного ниже.
При каких условиях ПУЭ требует и допускает применять различные системы заземления?
По вопросу применения различных систем заземления в ПУЭ-7 существует прямое требование:
1.7.57. Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.
И только в исключительных случаях допускается применение системы ТТ:
1.7.59. Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система ТТ), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие:
Rа ∙Iа < 50 В,
где
Ia – ток срабатывания защитного устройства;
Ra – суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, а при применении УЗО для защиты нескольких электроприёмников – заземляющего проводника наиболее удалённого электроприёмника.
Несложно подсчитать, что для УЗО с уставкой по дифференциальному току 30 мА (или 0,03 А) данное условие может быть выполнено при суммарном сопротивлении заземлителя и защитного проводника не более Ra = 50/0,03 = 1666,6 Ом.
Грубо говоря, даже гвоздь длиной 100 мм, воткнутый в землю, может служить надёжным заземлением и это одно из неоспоримых достоинств УЗО, но не системы ТТ! Ведь при коротком замыкании линейного проводника L на открытую проводящую часть (ОПЧ) электроустановки потребителя ни вводной, ни фидерный автоматический выключатель не сработает из-за слишком малого тока однофазного КЗ (Iокз = Uф/Ra = 230/1666,6 = 0,138 А) и напряжение, практически равное напряжению линейного проводника, в случае отказа УЗО будет бесконечно долго и коварно поджидать на ОПЧ свою ни о чём не подозревающую жертву!
Вот почему производители УЗО требуют регулярно (раз в квартал) проверять исправность УЗО путём нажатия на кнопку «Тест», да только кто же их слушает...
Вопрос о том, в каких же конкретных случаях «условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены», в ПУЭ-7 нигде и никак не уточняется (скорее всего потому, что таких случаев просто-напросто не существует!).
В связи с этим возникло немало мифов и ошибочных «толкований», что система ТТ является более безопасной и надёжной, нежели «морально и физически устаревшая» система TN-C.
Плюсы и минусы ТТ и TN-C. Сравнение типов систем заземления
Попытаемся разобраться в данном вопросе и объективно сравнить достоинства и недостатки систем ТТ и TN-C при равных (т.е. абсолютно одинаковых) исходных условиях, а именно:
1. Если в системе ТТ электроустановки потребителей обязательно должны иметь УЗО, то в целях объективности и непредвзятости систему TN-C мы тоже будем рассматривать при наличии УЗО у потребителей.
2. Если в системе ТТ у потребителя установлен вводной автоматический выключатель (АВ), например, с времятоковой характеристикой (ВТХ) типа «С» и номиналом 25 А, то и потребителя в системе TN-C мы будем рассматривать точно с таким же АВ с ВТХ типа «С» и номиналом ровно 25 А.
3. Если для потребителя в системе ТТ является обязательным наличие автономного заземляющего устройства (ЗУ) с сопротивлением, например, не более 30 Ом, то и потребителя в системе TN-C мы тоже будем рассматривать при наличии не только общего ЗУ питающей ТП, но и при наличии повторного заземления PEN-проводника на вводе потребителя путём создания дополнительного ЗУ с сопротивлением не более 30 Ом (см. ПУЭ-7, ст. 1.7.102 и 1.7.103).
4. Если у потребителя в системе ТТ рекомендуется устанавливать реле контроля напряжения или УЗМ, то и потребителя в системе TN-C мы также будем рассматривать с установленным реле контроля напряжения или УЗМ.
Предвижу, что после ознакомления с приведёнными выше условиями сравнения систем ТТ и TN-C, у многих апологетов системы ТТ возникнет истерика и они с пеной у рта станут утверждать, что категорически не согласны с такой постановкой вопроса! Они будут требовать, чтобы система TN-C рассматривалась в «голом виде», без всяких дополнительных примочек, присущих системе ТТ, но в то же время, чтобы система ТТ непременно рассматривалась в «полном боевом снаряжении», требуемом и рекомендуемом всеми нормативными документами!
Однако в целях объективного судейства позволю себе не согласиться с такими возражениями. На каком основании система TN-C должна быть абсолютно «голой», а система ТТ должна быть «навороченной» всякими хитроумными и дорогостоящими защитными устройствами, аппаратами и приспособлениями?
Нет, уважаемые господа, так дело не пойдёт! Все системы должны рассматриваться в равных условиях и «играть» по одним и тем же правилам, как в спорте: если кому-то категорически запрещено принимать допинг, а кому-то можно ‒ это будут не равные условия соревнований. Такой хоккей нам не нужен! (С) Всё должно быть честно, объективно и справедливо, иначе получается «игра в одни ворота»...
Итак, фраза из ПУЭ-7, ст.1.7.59 «...система ТТ допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены» у многих здравомыслящих электриков вызывает массу вопросов.
Интересно было бы узнать, в каких таких случаях условия электробезопасности в системе TN-C не могут быть обеспечены (кроме вопиющих нарушений всех требований нормативных документов, встречающихся довольно часто в реальной жизни)?
Только это не вина системы TN-C, а беда, касающаяся всех систем заземления без исключения! Никакие ухищрения учёных-разработчиков нормативных документов по электробезопасности и усилия инженеров-проектировщиков не помогут, если на местах при выполнении электромонтажных работ, приёмо-сдаточных испытаний и технического обслуживания электроустановок в процессе эксплуатации будет наплевательское отношение ко всем существующим требованиям и рекомендациям нормативных документов.
Многие толкователи п. 1.7.59 ПУЭ-7 выдвигают различные гипотетические теории об «обязательности» применения системы ТТ. Например, существует гипотеза, что при обрыве нулевого, а точнее PEN-провода ВЛ-0,4 кВ в системе TN-C должно произойти что-то ужасное, чего никогда не может произойти при обрыве того же нулевого провода в системе ТТ, поскольку в системе ТТ попросту нет никакого PEN-провода.
Однако при более детальном рассмотрении данной ситуации всё оказывается далеко не так, и эта излюбленная гипотеза сторонников системы ТТ рассыпается как карточный домик. И вот почему:
В нормальном режиме работы при равномерной нагрузке по фазам и отсутствии каких-либо аварийных режимов (например, обрыв нулевого рабочего проводника, обрыв фазного проводника, однофазное замыкание на ОПЧ электрооборудования потребителя и т.д.) особых различий между системами ТТ и TN-C практически не существует и потребители этого не замечают, а многие даже и не подозревают о существовании этих загадочных систем и в чём заключается принципиальное различие между ними.
Так что же такое «нормальный» и «послеаварийный» режим?
ПУЭ-7: 1.2.9. Нормальный режим потребителя электрической энергии – режим, при котором обеспечиваются заданные значения параметров его работы.
Послеаварийный режим – режим, в котором находится потребитель электрической энергии в результате нарушения в системе его электроснабжения до установления нормального режима после локализации отказа.
Совершенно иная картина в системах ТТ и TN-C возникает при аварийных и послеаварийных режимах и здесь без знания хотя бы элементарных основ анализа аварийных режимов трёхфазных цепей нам никак не обойтись, но это слишком сложно и мало понятно для большинства читателей данной статьи, поэтому оставим этот вопрос для более продвинутых специалистов. А для всех остальных читателей напомним о том, о чём уже говорилось выше.
Пример упрощённого расчёта тока однофазного замыкания на ОПЧ в системе TТ
Во-первых, в системе ТТ при однофазном коротком замыкании (ОКЗ) линейного проводника L на ОПЧ электроустановки потребителя ни вводной, ни фидерный автоматический выключатель не сработает из-за слишком малого тока однофазного замыкания. Для подтверждения этого аргумента попробуем выполнить упрощённый расчёт ожидаемого тока однофазного замыкания на открытую проводящую часть (ОПЧ) в системе ТТ.
Для расчёта тока однофазного замыкания на ОПЧ в системе TТ возьмём следующие исходные данные: силовой трансформатор мощностью 250 кВА и ВЛ-0,4 кВ длиной 1 км с алюминиевыми проводами сечением 25 мм 2 , сопротивление ЗУ силового трансформатора 4 Ома, сопротивление автономного ЗУ электроустановки потребителя 30 Ом.
1. Полное сопротивление ZТ/3 фазной низковольтной обмотки трёхфазного силового трансформатора мощностью 250 кВА со схемой соединения обмоток Δ/Y можно найти в справочной литературе: ZТ/3 = 0,03 Ом.
2. По таблице № 15 ГОСТ 28249-93 находим активное и индуктивное сопротивление петли «фаза-ноль» для ВЛ-0,4 кВ длиной 1 км с алюминиевыми проводами сечением 25 мм2 :
- Активное сопротивление цепи «фаза-ноль» Ra = 2,28 Ом;
- Индуктивное сопротивление цепи «фаза-ноль» X L = 0,66 Ом.
Поскольку в системе ТТ ток однофазного замыкания не идёт обратно по нулевому проводу, а идёт через автономное заземляющее устройство, активное и индуктивное сопротивление линейного (фазного) провода будет в 2 раза меньше:
- Активное сопротивление провода «фазы» Ra = 1,14 Ом;
- Индуктивное сопротивление провода «фазы» X L = 0,33 Ом.
Откуда получаем полное сопротивление цепи «земля-фаза-линия-земля» Zфз с учётом сопротивления заземляющих устройств Rзу = 4 Ом и Rзу2 = 30 Ом:
3. Определим ожидаемый ток однофазного замыкания на ОПЧ в цепи «земля-фаза-линия-земля» в системе TТ по следующей упрощённой формуле:
Это говорит о том, что даже при неплохом заземляющем устройстве с сопротивлением растеканию Rзу =30 Ом ток однофазного замыкания на ОПЧ будет не более Iокз = 6,54 А, поэтому даже очень чувствительный автоматический выключатель с ВТХ типа «В» и номиналом 6 А никогда не сработает, поскольку его условный ток нерасцепления равен: 6×1,13 = 6,78 А, а условный ток расцепления равен: 6×1,45 = 8,7 А.
Условный ток расцепления (срабатывания) означает, при каком токе тепловой расцепитель автомата из холодного состояния должен расцепиться (отключиться) по истечении условного времени 1 час.
Таким образом, при токе однофазного замыкания на ОПЧ в системе ТТ для наших исходных данных равном всего 6,54 А напряжение прикосновения, практически равное напряжению линейного проводника, в случае отказа УЗО, будет бесконечно долго и коварно поджидать свою наивную жертву, доверчиво считающую систему ТТ самой лучшей из всех возможных систем заземления!
Даже в случае очень хорошего автономного ЗУ с сопротивлением растеканию не более 4 Ом, которое многие электрики считают панацеей от всех бед, ток однофазного замыкания на ОПЧ не будет превышать Iокз = 44,4 А. При таком токе ОКЗ не будет обеспечено гарантированное срабатывание электромагнитных расцепителей всех автоматических выключателей даже с ВТХ типа «В» и номиналом 10 А и более, поскольку для их гарантированного срабатывания за время не более 0,4 с требуется ток однофазного замыкания не менее: 10×1,1×5 = 55 А.
В случае применения автоматических выключателей с ВТХ типа «С» и номиналом 6 А и более, они не сработают, поскольку для их гарантированного срабатывания за время не более 0,4 с требуется ток однофазного замыкания не менее: 6×1,1×10 = 66 А.
Как в первом, так и во втором случае, если откажет УЗО, то опасное для жизни напряжение будет бесконечно долго «дежурить» на открытых проводящих частях электроустановки потребителя с системой ТТ, поскольку ни один автоматический выключатель при этом не сработает!
Пример упрощённого расчёта тока ОКЗ в системе TN-C
А что же будет в аналогичном случае в системе TN-C ? Рассчитаем, какой ток однофазного короткого замыкания на занулённые ОПЧ электроустановки потребителя будет возникать при тех же исходных данных: силовой трансформатор мощностью 250 кВА и ВЛ-0,4 кВ с алюминиевыми проводами сечением 25 мм 2 длиной 1 км.
1. Полное сопротивление ZТ/3 фазной низковольтной обмотки трёхфазного силового трансформатора мощностью 250 кВА со схемой соединения обмоток Δ/Y можно найти в справочной литературе: Z Т/3 = 0,03 Ом.
2. По таблице № 15 ГОСТ 28249-93 находим активное и индуктивное сопротивление петли «фаза-ноль» для ВЛ-0,4 кВ длиной 1 км с алюминиевыми проводами сечением 25 мм2:
- Активное сопротивление цепи «фаза-ноль» Ra = 2,28 Ом;
- Индуктивное сопротивление цепи «фаза-ноль» X L = 0,66 Ом.
Откуда получаем полное сопротивление цепи «фаза-ноль» Zп:
3. Определим ожидаемый ток однофазного короткого замыкания Iокз в цепи «фаза-ноль» в системе TN-C по следующей упрощённой формуле:
Здесь мы видим совершенно иную картину! В случае возникновения однофазного замыкания на занулённые ОПЧ теоретически могут мгновенно сработать электромагнитные расцепители всех автоматических выключателей с ВТХ типа «С» номиналом до 8 А включительно, поскольку для их гарантированного срабатывания за время не более 0,4 с требуется ток однофазного замыкания не менее: 8×1,1×10 = 88 А или электромагнитные расцепители всех автоматических выключателей с ВТХ типа «В» номиналом до 16 А включительно, поскольку для их гарантированного срабатывания за время не более 0,4 с также требуется ток однофазного замыкания не менее: 16×1,1×5 = 88 А.
Если в системе TN-C выполнить ещё и рекомендуемое п. 1.7.61 ПУЭ-7 повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, то это мероприятие ещё больше повысит их электробезопасность.
ПУЭ-7: 1.7.61. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах.
Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.
Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине.
Повторное заземление электроустановок напряжением до 1 кВ, получающих питание по воздушным линиям, должно выполняться в соответствии с 1.7.102-1.7.103.
А вот о чём говорится в ГОСТ Р 50571.4.44-2019 «Электроустановки низковольтные. Часть 4.44. Защита для обеспечения безопасности. Защита от резких отклонений напряжения и электромагнитных возмущений»:
442.3 Перенапряжения промышленной частоты при обрыве нейтрального проводника N в системах TN и ТТ.
Следует учитывать, что в случае обрыва нейтрального проводника N в многофазной системе основная, двойная и усиленная изоляции, а также компоненты, рассчитанные на напряжение между линейным и нейтральным N проводниками, могут временно подвергаться воздействию линейного напряжения, которое может достигать значения 1,73 номинала.
Основные недостатки и сложности применения системы ТТ в частных домах:
1. В системе ТТ основным и фактически единственным элементом защиты является УЗО, которое значительно дороже обычно применяемых автоматических выключателей, а в силу своей сложности – менее надёжно. Для повышения надёжности необходимо применять, как минимум, две ступени защиты УЗО, что ещё больше удорожает электрическую схему.
2. Если всё-таки произойдёт отказ УЗО, то при замыкании фазы на проводящий (металлический) корпус электрооборудования на последнем появится опасный для жизни потенциал. Единственной защитой в этом случае может стать только качественно выполненный контур заземления с достаточно низким сопротивлением растеканию тока, а также система уравнивания потенциалов (СУП), усиленная дополнительной системой уравнивания потенциалов (ДСУП). Однако все эти устройства также требуют материальных затрат, но крайне необходимы.
3. УЗО содержит электронные элементы и, находясь во вводном щите дома, подвергается опасности повреждения от импульсных и грозовых перенапряжений. Серьёзный недостаток системы ТТ – необходимость применения более сложной молниезащиты (из-за возможности появления пика высокого напряжения между N- и PE-проводниками в случае прямого удара молнии в ВЛ). Поэтому запитывать жилой дом от ближайшей опоры воздушной линии целесообразно кабельной вставкой под землёй, а у опоры ВЛ устроить повторное заземление. Во вводном щите необходимо установить две ступени ограничителей перенапряжений нелинейных (ОПН, или УЗИП) – сначала устанавливается более грубая ступень ОПН, рассчитанная на повышенное напряжение, а затем ступень ОПН на номинальное напряжение питающей сети.
4. Кроме этого, существует ещё один существенный недостаток, присущий исключительно системе ТТ, о котором говорится в ГОСТ Р 50571.4.44-2019:
j) если сигнальные или информационные кабели являются общими для нескольких зданий, питающихся от системы ТТ, должен быть применен шунтирующий проводник уравнивания потенциалов (см. рисунок 44.R2). Минимальное сечение медного шунтирующего проводника должно быть 16 мм2 или эквивалентной проводимости для других металлов. Эквивалентную по проводимости площадь поперечного сечения следует определять в соответствии с 544.1 ГОСТ Р 50571.5.54-2011.
Как видим, система ТТ постоянно нуждается в каких-то дополнительных «подпорках» и «костылях», позволяющих свести к минимуму её многочисленные недостатки.
Кроме того, приведем ещё одни важный документ, в котором четко и понятно изложены основные тезисы от применении УЗО и типов заземления.
Технический циркуляр № 31/2012 "О выполнении повторного заземления и автоматическом отключении питания на вводе объектов индивидуального строительства". Ассоциация «Росэлектромонтаж»
Объекты индивидуального строительства, как правило, получают питание ответвлением от воздушных линий электропередачи напряжением до 1 кВ.
Для объектов нового строительства и при реконструкции, в соответствии с указаниями главы 2.4 ПУЭ седьмого издания, воздушные линии выполняются с применением самонесущих изолированных проводов и обозначаются как ВЛИ.
Большинство действующих объектов индивидуального строительства получают питание от воздушных линий с применением неизолированных проводов ВЛ, выполненных по нормам главы 2.4 ПУЭ шестого и более ранних изданий.
В действующих нормативных документах отсутствуют конкретные указания по выполнению повторного заземления у потребителей при питании от ВЛИ, что приводит к существенным затруднениям при строительстве объектов. Ещё большие затруднения возникают при строительстве новых объектов в населённых пунктах, где воздушные линии выполнены неизолированными проводами и где при возведении новых объектов нет возможностей (экономических) для проведения одновременной реконструкции питающих линий.
Целью выхода настоящего циркуляра является выдача конкретных рекомендаций по обеспечению защиты от косвенного прикосновения в электроустановках, получающих питание от ВЛ и ВЛИ до 1 кВ.
При выборе мер защиты от косвенного прикосновения в электроустановках, получающих питание от ВЛ и ВЛИ до 1 кВ, необходимо руководствоваться следующим:
1. Поскольку для объектов, получающих питание от воздушных линий напряжением до 1 кВ, у большинства потребителей невозможно выполнение требований по автоматическому отключению из-за низких кратностей токов короткого замыкания, установка устройства защитного отключения (УЗО) с дифференциальным током срабатывания IΔn до 300 мА на вводе является обязательной.
Примечание. Установка УЗО с дифференциальным током срабатывания IΔn до 300 мА на вводе является обязательной и с точки зрения обеспечения пожарной безопасности.
2. При питании от ВЛИ сопротивление повторного заземления у потребителя выбирается из условия обеспечения надёжного срабатывания УЗО при повреждении изоляции (однофазное замыкание на землю) при отключенном PEN проводнике ответвления от ВЛИ. Сопротивление рассчитывается по току надёжного срабатывания УЗО, равному 5 IΔn , но должно быть не более 30 Ом. При удельном сопротивлении грунта более 300 Ом·м допускается увеличение сопротивления до 150 Ом.
3. При питании от ВЛ, в соответствии с указаниями п. 1.7.59 ПУЭ седьмого издания и п. 531.2.3 МЭК 60364-5-53 (российский аналог ГОСТ Р 50571-5-53), следует использовать систему защитного заземления ТТ. Параметры повторного заземления выбираются в соответствии с указаниями п. 2 настоящего технического циркуляра.
4. Применение системы ТТ рассматривается как временная (вынужденная) мера. После реконструкции ВЛ и перехода на ВЛИ в электроустановках следует перейти на систему защитного заземления TN, для этого во вводном устройстве следует установить перемычку между N и РЕ шинами.
Недостатки системы заземления ТТ
Подводя предварительные итоги, вырисовывается следующая «картина маслом»:
1. Основной недостаток системы ТТ – низкий ток однофазного замыкания на заземлённый корпус электрооборудования, в связи с чем согласно п. 1.7.59 ПУЭ-7 требуется обязательное применение УЗО с соблюдением условия Ra∙Ia < 50 В. В случае отказа УЗО практически никакой автоматический выключатель при возникновении однофазного замыкания на «заземлённые» ОПЧ электроустановки потребителя не сработает из-за слишком малого тока однофазного замыкания.
2. Второй серьёзный недостаток системы ТТ – при обрыве нулевого провода питающей линии, потребители, запитанные от разных фаз трёхфазной сети, оказываются под напряжением до 380 В, в связи с чем требуется обязательное применение реле контроля напряжения или других защит от повышенного напряжения:
3. Третий и самый коварный недостаток системы ТТ – при обрыве "нуля" все потребители с системой ТТ будут использовать существующие повторные заземления нулевого провода потребителей с системой TN-C, расположенных после места обрыва. Хорошо, если повторных заземлений нулевого провода будет достаточно много. Однако они имеются не везде, а если и есть, то в недостаточном количестве!
Нередки случаи, когда необслуживаемые десятками лет повторные заземлители оказываются полностью разрушены коррозией в местах их входа в землю. Довольно часто встречаются случаи, когда владельцы частных домовладений делают повторные заземления нулевого провода из подручных материалов недостаточного сечения и без соблюдения требований пожаробезопасности, прокладывая их по сгораемым поверхностям (по деревянным стенам). В этих случаях может произойти пожар из-за перегрева заземляющего проводника.
На схеме ниже показано, что происходит при обрыве нулевого провода в смешанной (гибридной) системе заземления TT + TN-C-S:
Вопрос о правомочности применения так называемой «смешанной» или «гибридной» системы заземления, показанной в примере выше, нигде не оговорен. Все нормативные документы рассматривают только системы заземления в «чистом» виде, однако нигде нет и прямого запрета на применение «смешанных» систем заземления. Обычно по умолчанию считается, что разрешено всё, что не запрещено нормативными документами, поэтому такие гибридные системы существуют сплошь и рядом, не смотря на их абсурдность и явную опасность.
При обрыве нулевого провода в гибридной четырёхпроводной трёхфазной распределительной сети с глухим заземлением нейтрали источника питания это будет выглядеть следующим образом:
В этом заключается коварство и подлость системы ТТ, поскольку при обрыве нулевого провода питающей сети может пострадать ни в чём не повинный "законопослушный" потребитель с системой TN-C-S.
Обрыв нуля в системе заземления TN-C-S может быть незамечен
Сравним эту же ситуацию с обрывом нулевого провода в «чистой» системе TN-C-S. Здесь все повторные заземления работают совместно и параллельно, дублируя друг друга и повышая общую электробезопасность всей системы. Получается следующая довольно интересная вещь, о которой в учебной литературе по электротехнике нигде ничего не сказано.
При обрыве PEN-проводника в системе TN-C-S она по сути превращается в систему ТТ, но значительно более совершенную, поскольку происходит разделение гальванической связи между ЗУ источника питания и ЗУ потребителей, которые остаются гальванически связанными между собой в общую систему заземления:
Данная схема не противоречит концептуальному требованию ПУЭ-7 п.1.7.55, где говорится: «Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, следует, как правило, применять одно общее заземляющее устройство...»
Думаю, не следует долго объяснять, что общие электрические характеристики нескольких заземляющих устройств (ЗУ), объединённых в единое целое, значительно превосходят соответствующие электрические характеристики каждого из них в отдельности. Рассматривая с этих позиций обособленные индивидуальные заземляющие устройства системы ТТ, можно прийти к выводу, что каждое из них значительно уступает по своим параметрам совокупности ЗУ, используемых в системе TN-C-S, даже в тех случаях, если некоторые отдельные повторные заземляющие устройства нулевого проводника в системе TN-C-S могут по некоторым характеристикам уступать отдельным ЗУ, применяемым в системе ТТ.
Однако объединение всех повторных заземлений нулевого проводника в единую систему гальванически связанных между собой заземляющих устройств позволяет получить неоспоримое преимущество по сравнению с обособленными ЗУ системы ТТ.
Ещё одним серьёзным недостатком системы ТТ в «чистом» виде является тот факт, что при обрыве нулевого проводника в этой системе из-за неравномерной нагрузки по фазам будет неизбежно возникать значительный перекос фазных напряжений, который может привести к повреждению электроприёмников, чувствительных к отклонению питающего напряжения от номинального. Это обстоятельство вызывает необходимость применения различных дорогостоящих электронных устройств контроля питающего напряжения, например, реле контроля напряжения, которые удорожают и без того сравнительно дорогую систему ТТ.
Кому выгодна система заземления ТТ?
Таким образом, естественно возникает извечный вопрос: Кому выгодно всячески продвигать и навязывать применение системы ТТ?
Ответ как обычно лежит на поверхности.
Выше (под схемами систем заземления ТТ) предлагалось обратить особое внимание на то место, где расположено заземляющее устройство в системе ТТ, а где расположено заземляющее устройство повторного заземления PEN-проводника в системе TN-C, и там же пояснялось:
- В системе ТТ заземляющее устройство расположено на вводе электроустановки потребителя, но никак не в распределительной сети!
- В системе TN-C заземляющее устройство повторного заземления PEN-проводника расположено в распределительной сети и допускается дополнительное заземление PEN-проводника в электроустановке потребителя.
Однако, в соответствии с требованиями ПУЭ-7 п. 1.7.102, применение повторного заземления PEN-проводника является обязательным в следующих случаях:
1.7.102. На концах ВЛ или ответвлений от них длиной более 200 м, а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания, должны быть выполнены повторные заземления PEN-проводника. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также заземляющие устройства, предназначенные для грозовых перенапряжений (см. гл. 2.4). Указанные повторные заземления выполняются, если более частые заземления по условиям защиты от грозовых перенапряжений не требуются.
Теперь становится совершенно ясно и понятно, кому выгодно массовое применение системы ТТ и абсолютно невыгодно применение системы TN-C.
Поскольку в большинстве населённых пунктов с частными домовладениями их питание осуществляется по воздушным линиям, владельцам распределительных сетей с системой TN-C необходимо в обязательном порядке обеспечить дополнительные повторные заземления PEN-проводника на вводах ВЛ к электроустановкам потребителей, а также обеспечить периодический контроль технического состояния этих заземляющих устройств. Для этого требуются значительные дополнительные расходы материальных средств, а «в случае чего» вся ответственность ложится на владельца распределительных сетей.
Совершенно иная картина получается при использовании системы ТТ. Здесь все расходы по созданию, периодическим испытаниям и техническому обслуживанию заземляющего устройства возлагаются на самого потребителя и вся ответственность «в случае чего» возлагается на него же!
С точки зрения владельца распределительных сетей ‒ это очень хорошо, просто замечательно!
Никаких тебе дополнительных расходов на создание, техническое обслуживание, периодические испытания и ремонт этих злополучных заземляющих устройств, а также никакой головной боли в случае возникновения каких-либо неприятных ситуаций ‒ в системе ТТ за всё собственной головой и своим карманом отвечает лично только сам несчастный потребитель!
Преимущества применения системы ТТ
В завершение хочу привести мнение некоего «специалиста» под никнеймом elalex, относящегося с явной симпатией к системе ТТ, однако сумевшего найти в ней не только достоинства, но и отдельные недостатки (цитирую его комментарий от 16.05.2015 в 01.36, опубликованный в авторском изложении на сайте http://zametkielectrika.ru/sistema-zazemleniya-tt/#comment-31672):
Преимущества применения системы ТТ в частных домах:
1. Электробезопасность не зависит от состояния питающей воздушной линии от ТП до дома. Если в системе TN при питании дома от воздушной линии напряжение косвенного прикосновения зависит от сопротивления промежуточных заземлителей, то в системе ТТ это не имеет значения.
2. УЗО отключает цепь при замыканиях фазы на землю (корпус), а также при малых значениях утечки тока через повреждения изоляции, что позволяет заблаговременно (не дожидаясь замыкания на корпус) принять меры по выявлению неисправностей, которые визуально определить невозможно.
3. При любом возможном изменении нагрузки уставка УЗО, как правило, не нуждается в изменении, т.к. реагирует на весьма малые токи замыкания на землю. Это дает возможность легко менять схему электроснабжения, не изменяя уставки УЗО.
4. В соответствии с требованиями ГОСТ Р 50669-94 при уставке, равной 0,03 А, сопротивление заземлителя должно составлять не более 286 Ом. Заземлитель, удовлетворяющий этому требованию, легко может быть выполнен неквалифицированным персоналом и без больших материальных затрат.
5. Система ТТ наиболее пожаробезопасна, т.к. при замыкании фазы на корпус электрооборудования (землю) ток в проводниках увеличивается незначительно и не приводит к их возгоранию. Эта особенность системы ТТ особенно ценна в деревянных частных домах.
Недостатки применения системы ТТ в частных домах:
1. В системе ТТ основным элементом защиты является УЗО, которое значительно дороже обычно применяемых автоматических выключателей, а в силу своей сложности – менее надёжно. Для повышения надёжности необходимо применять, как минимум, две ступени защиты УЗО, что ещё больше удорожает электрическую схему.
2. Если всё-таки произойдёт отказ УЗО, то при замыкании фазы на корпус электрооборудования на последнем появится опасный потенциал. Единственной защитой в этом случае может явиться хорошо выполненный контур заземления, система уравнивания потенциалов (СУП), усиленная дополнительной системой уравнивания потенциалов (ДСУП). Эти устройства также требуют материальных затрат, но крайне необходимы.
3. УЗО содержит электронные элементы и, находясь во вводном щите дома, подвергается опасности повреждения от импульсных и грозовых перенапряжений. Недостаток ТТ – требования более сложной молниезащиты (возможность появления пика между N и PE). Поэтому запитывать дом от ближайшей опоры воздушной линии целесообразно кабельной вставкой под землёй, а у опоры ВЛ устроить повторное заземление. Во вводном щите необходимо установить ограничители перенапряжений нелинейные (ОПН). При выполнении указанных требований система ТТ может быть успешно использована для электроснабжения частных домов в сельской местности.
В сельской местности России на практике существует огромное количество, даже большинство, воздушных линий без механической защиты PEN и без их повторных заземлений, поэтому система ТТ уже стихийно используется практически, даже крайне популярна, о чём свидетельствуют многочисленные сообщения сельских электриков в Интернете.
Широкому распространению системы ТТ препятствуют ограничения, накладываемые действующими ПУЭ (п. 1.7.59). Необходимо пересмотреть официальную оценку системы заземления ТТ, учитывая как теоретические исследования, так и опыт развитых стран мира (Германия, Бельгия, Испания, Франция, Великобритания, Италия, Португалия, особенно Япония), где, кстати, уровень электротравматизма как минимум на порядок ниже, чем в России, в том числе и благодаря более совершенной нормативной базе.
В системе ТТ обычно устанавливают вводное УЗО с уставкой 300 мА - 100 мА, которое отслеживает КЗ между фазой и защитным PE-проводником, а за ним – персональные УЗО для конкретных цепей с уставкой 30 мА -10 мА для защиты людей от поражения электрическим током.
Молниезащитные устройства различаются по конструкции для систем TN-C-S и TT, в последних установлен газовый разрядник между N и PE и варисторы между N и фазами (как в ABB OVR).
(Конец цитаты)
______________________________
Общие выводы статьи
1. Применение системы заземления ТТ экономически выгодно владельцам распределительных сетей 0,4/0,23 кВ, но экономически невыгодно всем потребителям электроэнергии.
2. Применение системы заземления TN-C экономически выгодно потребителям электроэнергии, но невыгодно владельцам распределительных сетей 0,4/0,23 кВ.
3. С точки зрения электробезопасности система заземления ТТ не имеет никаких преимуществ перед системой заземления TN-C, а во многих случаях уступает последней.
4. Система заземления ТТ является коварной, опасной и непригодной для массового применения в гибридных трёхфазных сетях с глухозаземлённой нейтралью совместно с существующей системой заземления TN-C, так как при обрыве нулевого проводника все потребители с системой ТТ будут использовать повторное заземление нулевого провода потребителя с системой TN-C. В этом случае допускается применение системы ТТ только немногочисленными отдельными потребителями при условии, что их общее количество будет минимум в два раза меньше количества потребителей с системой заземления TN-C.
5. В порядке исключения допускается применять систему заземления ТТ в «чистом» виде только в однофазных сетях и только при наличии веских обоснований (которые нигде в нормативных документах конкретно не изложены) с обязательным выполнением требований п. 1.7.59 ПУЭ-7, а также в сетях с изолированной нейтралью, где система ТТ автоматически превращается в систему IT.
В заключение хочу напомнить ярым сторонникам применения системы ТТ в жилых домах следующие требования ПУЭ-7:
7.1.13. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S. При реконструкции жилых и общественных зданий, имеющих напряжение сети 220/127 В или 3×220 В, следует предусматривать перевод сети на напряжение 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.
Никаких систем ТТ для жилых, общественных, административных и бытовых зданий в ПУЭ-7 не предусмотрено! Все страшилки и ужастики про "опасную" систему заземления TN-C и рекомендации применения вместо неё "безопасной" системы заземления ТТ придумали хитрые и жуликоватые владельцы распределительных сетей 0,4 кВ, чтобы переложить всю ответственность и все расходы по устройству и содержанию автономных заземляющих устройств на самих потребителей.
© И.Иванов
Инженер по испытаниям высоковольтного электрооборудования
____________________________________________________________________________
Мнение автора данной статьи может не совпадать с мнением администратора ресурса СамЭлектрик.ру.
Коллеги, если есть желание обсудить статью - просьба высказаться в комментариях. Просьба писать по существу, без негатива в сторону Автора. Если хотите тоже стать Автором - свяжитесь с Администратором канала.
Статьи в тему:
В статье не рассмотрена тема некорректного учета "умными" счетчиками при использовании разных систем заземления. Этот вопрос рассмотрен в других статьях на канале.
А в этих случаях применение повторного заземления спасло бы жизни детей: