Разделение PEN-проводника на PE (защитное заземление) и N (рабочий ноль) — это ключевой шаг для повышения безопасности в электроустановках. Давайте разберёмся детально, почему это делается, почему обратное соединение категорически запрещено, и как работают заземления системы разных типов с ВДТ или АВДТ.
Как ток добирается до вашего дома?
Прежде чем мы начнём разбираться с разделением PEN-проводника, нужно ответить на важный вопрос: а как, собственно, к нам попадает электроэнергия?
Мы знаем, что для выработки электроэнергии человечество разработало множество электростанций, которые преобразовывают энергию различных видов первичной энергии (механической, химической, ядерной, тепловой, световой и т. д.) в электрическую.
Для передачи на значительные расстояния напряжение 10,5 кВ, которое выдают генераторы на электростанциях, просто говоря не подходит. Причина проста: высокие потери. Поэтому напряжение на подстанциях повышают, например, до 110 кВ.
Затем по линиям электропередач 110 кВ, электроэнергия приходит на подстанции, где понижается до 35 кВ и 10 кВ. Далее, по линиям соответствующего напряжения, электроэнергия идёт на трансформаторные подстанции.
Как правило, к нам в дом (квартиру, офис и т. п.) электричество по линиям электропередач 0,4 кВ приходит от силового трансформатора, установленного на комплектной трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ (КТП).
Как устроен трансформатор?
Вот силовой трансформатор на КТП 10/0,4 кВ мы и будем считать источником тока. Рассмотрим его конструкцию более подробно.
Итак, конструкция трансформатора весьма проста: три обмотки высокого напряжения (ВВ), три обмотки низкого напряжения (НН) и магнитопровод, на котором эти обмотки размещены.
Разумеется, для работы, обмотки соединяются друг с другом и подключаются к питающим и отходящим линиям. Рассмотрим, как вариант такую схему: обмотки ВВ подключают по схеме «треугольник», где конец одной обмотки соединяется с началом другой обмотки, а обмотки НН подключают по схеме «звезда», где концы все трёх обмоток соединяются вместе в точке, которая заземляется и называется «нейтраль».
Именно такое соединение обмоток применяется в КТП. Таким образом, мы получаем линию 380 В с глухозаземлённой нейтралью.
Итак, в КТП от силового трансформатора входят три фазы ЛЭП и предмет нашего обсуждения: PEN-проводник.
Где и как PEN превращается в PE и N?
Теперь рассмотрим, как к ЛЭП подключён обычный потребитель, проживающий в частном доме. Допустим, что электроэнергия заходит в дом через ВРУ – вводное распределительное устройство, где три фазы подключены к вводному автоматическому выключателю, а вот PEN-проводник будет подключён сразу к двум отдельным шинам, соединённых специальной перемычкой.
На рисунке видно, что шина РЕ соединяется с корпусом напрямую, а шина N смонтирована на изоляторах. Запомним это! Между шинами есть перемычка. Говоря проще, мы имеем дело с системой TN-C-S.
Такое решение позволяет снизить затраты при монтаже и обслуживании. Обратной стороной медали будет являться строгое соблюдение правил техники безопасности, ведь при обрыве этой перемычки или PEN-проводника может появиться опасность для человека. Понятно, что при такой ситуации под напряжением могут оказаться металлические корпусы ВРУ и распределительного щита. Кстати, как видно из предыдущего рисунка, нулевая шина (N) установлена на изоляторах. Разберём далее, зачем это сделано.
Что говорят ПУЭ и ГОСТ о PEN и системах заземления?
Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ Р 50571.2-94, PEN-проводник — это совмещённый проводник, объединяющий функции нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (PE) проводников. Он является ключевым элементом в системах заземления, обеспечивающих электробезопасность.
Основные типы заземления системы, согласно ГОСТ Р 50571.2-94:
- TN-S (раздельные N и PE по всей системе)
- TN-C (объединённый PEN по всей системе)
- TN-C-S (комбинированная: часть сети с PEN, часть с разделёнными N и PE)
- TT (непосредственное заземление открытых проводящих частей, независимое от заземления источника)
- IT (изолированная нейтраль или заземление через сопротивление).
Как правильно подключить PE и N в распределительном устройстве?
Вернёмся к системе TN-C-S. Рассмотрим подключение дома к трёхфазной сети.
После вводного рубильника в ВРУ (вводно-распределительное устройство) устанавливаются распределительные шины и вводный автомат.
От ВРУ к распределительному щиту (РЩ) прокладываются 5 проводов:
- Три фазных (L1, L2, L3)
- Нулевой рабочий (N)
- Нулевой защитный (PE).
В РЩ фазные проводники подключаются к вводному автомату, а проводники N и PE подключаются к раздельным клеммным шинам или к кросс-модулям, не имеющим электрического контакта между собой. Металлический корпус РЩ заземляется (подключается к шине PE).
Сценарий срабатывания защиты в TN-C-S
Разберём, как будет работать эта система. Добавим к схеме групповой автомат и нагрузку, например, лампу в светильнике с металлическим корпусом.
В нормальном режиме ток проходит через автоматические выключатели (вводный автомат в ВРУ и групповой автомат в РЩ), нагрузку, а затем возвращается по шине N через PEN-проводник ВРУ к источнику: силовому трансформатору в КТП.
Теперь рассмотрим, что произойдёт при замыкании фазы на металлический корпус лампы. Ток короткого замыкания с фазного провода через корпус светильника попадает на шину PE, которая находится в РЩ. Далее по проводнику PE он возвращается в ВРУ и через PEN-проводник — к трансформатору. Низкое сопротивление этого пути вызывает резкий рост тока (КЗ) и мгновенное срабатывание группового или вводного автомата, отключая аварийный участок.
Почему нельзя соединять N и PE в щите после разделения?
Если после разделения PEN на PE и N в РЩ искусственно соединить их шины перемычкой, то это создаст параллельные пути для рабочего тока N по РЕ-проводникам и заземлённым частям. Это смертельно опасно для человека при обрыве нулевого проводника!
При обрыве проводника N в РЩ ток нагрузки пойдёт не только по штатному проводнику N, но и по шине PE через корпус РЩ, а также по сторонним заземлённым металлоконструкциям (лотки, трубы). Любой, прикоснувшийся к двум таким конструкциям (например, к двум разным корпусам), станет частью цепи тока, проходящего через его тело.
Кроме того, даже в нормальном режиме ток будет протекать параллельно по N и по PE-проводникам, и по металлоконструкциям, создавая на них опасный потенциал относительно земли.
Если же PEN-проводник отгорит в точке разделения (в ВРУ), то ток нагрузки из РЩ по шине N попадает в ВРУ, но не может вернуться по PEN. Единственный путь — через соединение PE в ВРУ с местным заземляющим устройством (ЗУ) в грунт через землю к заземлению нейтрали трансформатора (ЗУ ТП).
Это значит, что все заземлённые части (корпуса РЩ, оборудования, подключённые к шине PE) окажутся под напряжением, близким к фазному (до 230 В), так как ЗУ РЩ и ЗУ ТП имеют значительное сопротивление. При таком сопротивлении силы тока через землю может оказаться недостаточно (5—10 А) для отключения автомата (например, на 16 А).
Когда автомат бессилен
Теперь рассмотрим другой вариант — TT. Здесь PE и N разделены изначально, а открытые части заземлены местным ЗУ, независимо от источника. В таком случае обязательно применение УЗО (ВДТ), так как при замыкании фазы на корпус, ток уходит через ЗУ в землю. Это также значит, что ток будет небольшой. При этом автомат не сработает из-за малой величины тока утечки.
Для защиты нужно УЗО, которое сравнивает токи в фазном и нулевом (N) проводниках. Разница, то есть ток утечки на землю, заданный уставкой вызывает мгновенное отключение.
ВАЖНО: УЗО не защищает от КЗ и перегрузки!
Поэтому УЗО обязательно ставят последовательно с автоматическим выключателем. Номинал автомата должен быть ниже номинала УЗО, чтобы при перегрузке первым сработал автоматический выключатель, защищая УЗО.
Заключение
Правильное заземление (TN-C-S, TT) в сочетании с корректным монтажом (строгое разделение PE и N после точки разделения PEN) и применением защитных устройств (автоматы, УЗО) — основа электробезопасности. Оно предотвращает появление опасного напряжения на корпусах оборудования, защищает людей от поражения током, оборудование от повреждений и снижает риск пожаров. Нарушение правил разделения PEN или игнорирование необходимости УЗО в системах TT создаёт крайне опасные ситуации.
Автор статьи — Илья Корчагин