Заземлення генератора в приватному будинку: схеми, клеми та помилки

Правильне заземлення генератора в приватному будинку визначає, чи спрацює диференційний захист при пробої ізоляції та чи запуститься фазозалежна автоматика газового котла в режимі резерву. Якщо залишити побутову станцію з ізольованою нейтраллю підключеною до будинкового щита, електроустановка переходить у неконтрольований режим IT, де пристрої захисного вимкнення (ПЗВ) не реагують на перше замикання на землю. Розглянемо інженерні вимоги до інтеграції генератора в системи TN-C-S і TT, норми вибору перерізу PE-провідників та комплектацію вузла заземлення у ввідно-розподільчому щиті.

Коли генератор потрібно заземлювати окремо, а коли — через контур будинку

Відповідь на питання, чи потрібно заземлювати генератор, залежить від способу підключення навантаження. Мобільний агрегат, у розетку якого на будівельному майданчику безпосередньо ввімкнули один-два електроінструменти, працює в системі IT з ізольованою нейтраллю (захисне розділення кіл). У цьому режимі обидва виводи обмотки статора або інверторного блока ізольовані від рами, тому відносно землі на кожному гнізді розетки вимірюється напівфаза по 110–115 В. При роботі мобільного генератора в режимі IT-мережі без заземлення одного з виводів звичайні ПЗВ при першому замиканні на корпус не спрацьовують.

Коли ж встановлюється стаціонарний генератор у приватному будинку з розгалуженою проводкою, бойлерами, насосами та побутовою технікою, режим IT стає небезпечним і не функціональним. За стандартом IEC 60364-5-551 для низьковольтних генераторних установок захист людей і обладнання від ураження електричним струмом при живленні від генератора має бути не менш ефективним, ніж від основної мережі, а струми короткого замикання та замикання на землю оцінюються для кожного джерела окремо.

Для роботи групових ПЗВ та іонізаційних датчиків полум’я котлів система живлення має бути переведена в режим із заземленою нейтраллю (TN-S або TT). Для цього раму агрегату з’єднують із головною заземлювальною шиною (ГЗШ) або контуром будинку, а один із силових виводів генератора глухо заземлюють у розрахунковій точці щита, перетворюючи його на повноцінний робочий нуль N. За вимогами ПУЕ (глава 1.7, п. 1.7.92) опір заземлювального пристрою, до якого приєднано нейтраль трифазного джерела 380 В або вивід однофазного джерела 220 В, у будь-яку пору року не повинен перевищувати 4 Ом. Окремий заземлювач, до якого нейтраль приєднано безпосередньо, може мати до 30 Ом лише тоді, коли загальний опір разом з іншими заземлювачами мережі не перевищує 4 Ом. У приватному будинку, де генератор має лише власний контур, орієнтуйтеся саме на 4 Ом.

Схеми заземлення генератора в приватному будинку з системою TN-C-S та TT

Вибір схеми комутації нейтралі та захисного провідника залежить від типу заземлення основної мережі обленерго. Детальний розбір контакторних і модульних схем наведено у матеріалі про ручний перемикач «мережа — генератор» I-0-II, тому нижче сфокусуємося саме на поведінці контуру заземлення та диференційного захисту.

Інтеграція в систему TN-C-S. У цій системі суміщений PEN-провідник зовнішньої лінії (перерізом не менше 10 мм² міді або 16 мм² алюмінію за IEC 60364-5-54) на вводі в щит розділяється на шину PE (ГЗШ, приєднану до місцевого контуру) та робочу шину N. Якщо виконати заземлення бензогенератора і заземлити один його вивід через постійну перемичку на ГЗШ будинку, може використовуватися триполюсний (для 3 фаз) або однополюсний перемикач із загальною нерозривною нейтраллю. Проте безпечнішою практикою є застосування 2-полюсного (для 1 фази) або 4-полюсного перемикача I-0-II, який повністю відсікає нуль зовнішньої мережі під час аварій на підстанції. У такому разі один вивід генератора з’єднується з шиною PE до ввідного ПЗВ з боку генераторного вводу: у положенні II він стає заземленою нейтраллю N для внутрішньої мережі.

Інтеграція в систему TT. Система TT передбачає, що нейтраль трансформатора підстанції заземлена окремо, а відкриті провідні частини електроустановки будинку приєднані до власного локального заземлювача, електрично незалежного від нуля мережі. Відповідно до IEC 60364-4-41 (п. 411.5.3), у системі TT захист при непрямому дотику забезпечується ПЗВ за умови виконання нерівності RA × IΔn ≤ 50 В (де RA — сумарний опір заземлювача і PE-провідника, а IΔn — номінальний відключаючий диференційний струм ПЗВ), причому час вимкнення для кінцевих кіл до 32 А при 230 В не повинен перевищувати 0,2 с. Згідно з DIN VDE 0100-551 (IEC 60364-5-551, п. 551.4.4.2), для автоматичного вимкнення живлення від генератора в системах TN, TT та IT встановлюється ПЗВ з диференційним струмом не більше 30 мА.

У системі TT нуль зовнішньої мережі категорично не можна з’єднувати з місцевим контуром PE. Тому перемикач вводу резерву обов’язково має бути 2-полюсним (1P+N) або 4-полюсним (3P+N). Корпус агрегату підключають до контуру заземлення будинку, а на клемах генераторного вводу (до перемикача резерву і до групових ПЗВ) встановлюють перемичку між одним із силових виводів генератора та шиною PE. Це переводить будинок на час роботи від резерву в локальну систему TN-S із чітким нулем і миттєвою реакцією дифзахисту на витік струму.

Вибір перерізу провідника заземлення та клем для щита: зведена таблиця

Перед тим як заземлити генератор, необхідно розрахувати переріз захисного провідника (PE) від болта на рамі агрегату до щита та підібрати відповідну клемну групу. За спрощеним методом у стандарті IEC 60364-5-54 щодо вибору PE-провідника, якщо фазний (Sph) і захисний провідники виготовлені з одного матеріалу (мідь) і прокладені в спільному кабелі, при Sph ≤ 16 мм² мінімальний переріз PE дорівнює перерізу фази, а при 16 < Sph ≤ 35 мм² становить 16 мм².

Якщо ж заземлення інверторного генератора або рамної станції виконується окремим одножильним проводом ПВ-3 (ПуГВ) поза оболонкою силового кабелю, діє вимога механічної міцності IEC 60364-5-54: переріз мідного PE-провідника має бути не менше 2,5 мм² за наявності механічного захисту (у металорукаві чи трубі) та не менше 4 мм² — при відкритому прокладанні без механічного захисту. Практично для переносних і стаціонарних установок від рами до заземлювача або щита зазвичай прокладають гнучкий мідний провід перерізом 6–10 мм².

Для приєднання гнучкого проводу до шпильки або болта заземлення на корпусі генератора (зазвичай різьба М6 або М8) зручно використовувати кабельні наконечники кільцеві з ізоляцією L&S TERMICO: для перерізу 4–6 мм² підійдуть артикули 50266 (отвір під гвинт 6 мм) або 50286 (отвір 8 мм). З боку щита багатожильний провід перед затисканням у гвинтову клему або шину обов’язково опресовують трубчастим наконечником НШВІ, наприклад 9CE060012BK (6 мм², довжина гільзи 12 мм) або 9CE100012IV (10 мм², довжина 12 мм). Нюанси підбору силових прохідних клем під фазні жили розглянуто в огляді клем для підключення генератора до щита.

Клеми заземлення ONKA та шини PE: як зібрати надійний вузол у щиті

Усередині щита всі захисні провідники (від контуру заземлення будівлі, від рами генератора та від споживачів) мають бути зведені у єдиний низькоомний вузол. Професійне рішення — спеціалізовані клеми заземлення гвинтові ONKA серії MTK або пружинні серії OTK, які встановлюються у один ряд із ввідними силовими клемами. Згідно зі стандартом IEC 60947-7-2, такі клемні блоки мають жовто-зелений корпус і вбудований металевий заземлювальний контакт у ніжці: при замиканні чи затягуванні на DIN-рейці клема автоматично перетворює саму сталеву рейку на еквіпотенціальну шину PE.

У лінійці клеми ONKA заземлювальні серії MTK (гвинтові) та OTK (пружинні push-in) мають повністю симетричні корпуси, закриті з обох торців, тому при складанні ряду вони не потребують додаткових торцевих заглушок. Для формування ввідної групи резерву разом із PE-блоками використовують стандартні гвинтові клеми ONKA на DIN-рейку серії MRK відповідного кольору (наприклад, сині однорівневі 1010035 на 6 мм² або 1010045 на 10 мм² для нейтралі). Якщо щит компактний, доцільно застосувати дворівневі гвинтові клеми ONKA, такі як артикул 1010576 (4 мм², жовто-зелений, тип PE+PE з перемичкою) або комбіновані 1010574 (4 мм², сірий, L+PE).

Коли ж у щиті потрібно об’єднати велику кількість відхідних ліній, контур заземлення та перемичку занулення виводу генератора, раціонально встановити латунну розподільчу шину. Для цього підходить нульова шина N/PE розподільча ONKA: залежно від сумарного струму та кількості ліній обирають виконання 6,5×9 мм на 80 А (наприклад, 1080103 на 10 отворів або 1080105 на 15 отворів) чи масивнішу шину 7×12 мм на 160 А (1080116 на 10 отворів). Для чіткої ідентифікації провідника від генератора та перемички нейтралі на жилах варто закріпити маркування для дроту ONKA з символом заземлення «⏚» — артикули 1150095 (для 1,5–2,5 мм²) або 1150139 (для 4–6 мм²).

5 критичних помилок при заземленні генератора, через які не спрацьовує захист

Навіть при використанні якісної модульної автоматики помилки у схемі заземлення призводять або до відмови ПЗВ при реальному витоку струму, або до його миттєвого вибивання під час кожного запуску станції:

• Робота на мережу будинку без заземлення одного з виводів генератора. Якщо підключити раму до контуру, але залишити обидва силові виводи обмотки ізольованими від PE, в будинку зберігається режим IT. Внаслідок цього не розпалюється газовий котел (плата не бачить полум’я без потенціалу нуля відносно корпусу), а при пробої ТЕНа бойлера на воду ПЗВ на 30 мА не спрацює, оскільки немає замкненого контуру для проходження диференційного струму на джерело.
• Встановлення перемички N–PE після ПЗВ (з боку навантаження). Глухе заземлення одного з виводів генератора обов’язково виконується до першого апарата диференційного захисту (з боку джерела живлення). Якщо з’єднати нуль і землю після ПЗВ, частина робочого струму повертатиметься до генератора по PE-провіднику в обхід трансформатора струму ПЗВ, що викличе його негайне вимкнення при ввімкненні будь-якого навантаження.
• Об’єднання нуля генератора з нулем мережі в системі TT. При використанні 1-полюсного чи 3-полюсного перемикача в мережі TT (де нуль лінії не розділяється і не заземлюється в щиті) занулення виводу генератора на місцевий контур PE автоматично з’єднує зовнішню нейтраль із заземленням будинку. Це перетворює локальний заземлювач дома на повторне заземлення всієї вуличної лінії: у випадку обриву нуля на стовпі весь струм перекосу фаз сусідів піде через ваш PE-провідник.
• Використання випадкових металоконструкцій замість контуру заземлення. Приєднання заземлювального проводу генератора до газових труб, центрального водогону, арматури фундаменту без зварного контуру або просто встромлений у сухий ґрунт півметровий штир не забезпечують нормативного опору: не більше 4 Ом для контуру, до якого приєднано нейтраль генератора (ПУЕ, п. 1.7.92), і виконання умови RA × IΔn ≤ 50 В за IEC 60364-4-41.
• Комутація захисного PE-провідника. Провідник заземлення рами генератора та перемичка на контур за жодних обставин не повинні проходити через контакти автоматичних вимикачів, перемикачів I-0-II або плавкі запобіжники — PE-коло має залишатися нерозривним у будь-якому режимі роботи щита.

Часті запитання

Чи потрібно заземлювати інверторний генератор при роботі на подовжувач?

Якщо інверторний генератор живить один або кілька електроприладів напряму через переносний подовжувач (поза мережею будинку), він працює в безпечному режимі захисного розділення кіл (IT за IEC 60364-5-551). У такому сценарії забивати окремий штир заземлення зазвичай не потрібно, якщо інше прямо не вказано в інструкції виробника. Проте при підключенні інверторної станції до стаціонарного щита будинку заземлення її корпусу та організація нейтралі N є обов’язковими.

Який опір контуру заземлення потрібен для генератора в приватному будинку?

Якщо до контуру приєднано нейтраль генератора (один його вивід заземлено в щиті), за ПУЕ (п. 1.7.92) опір заземлювального пристрою не повинен перевищувати 4 Ом для однофазного джерела 220 В і трифазного 380 В. Умова IEC 60364-4-41 для системи TT (RA × IΔn ≤ 50 В) з ПЗВ на 30 мА формально допускає більший опір, але вона стосується захисного заземлення корпусів. Для заземлення нейтралі генератора закладайте контур не більше 4 Ом і перевіряйте його вимірюванням.

Чи можна підключати заземлення генератора на спільну шину PE щита будинку?

Так, і це єдиний правильний спосіб при роботі генератора на внутрішню електропроводку будівлі. Об’єднання заземлювальної клеми на рамі генератора з головною заземлювальною шиною (ГЗШ) або шиною PE в щиті вирівнює потенціали між джерелом резерву та всіма електроприладами будинку.

Які клеми обрати для підключення проводу заземлення генератора в щиті: гвинтові чи пружинні?

Для перерізів від 1,5 до 10 мм² можна використовувати як гвинтові клеми ONKA серії MTK, так і пружинні серії OTK (push-in), які не чутливі до вібрацій і не потребують періодичної протяжки. Для потужних станцій, де переріз PE-провідника становить 16 або 35 мм², застосовують гвинтові клеми заземлення ONKA MTK (артикули 1010532 та 1010533) або латунну розподільчу шину N/PE 7×12 мм на 160 А (наприклад, 1080116).

Джерела

• IEC 60364-5-551 — Low-voltage generating sets (EUROLAB)
• Правила улаштування електроустановок (ПУЕ), Глава 1.7 — ДНАОП
• IEC 60364-4-41:2005 — Low-voltage electrical installations: Protection against electric shock (iTeh Standards)
• Electrical Installation Guide (Schneider Electric Wiki) — Sizing of protective earthing conductor per IEC 60364-5-54