Системы заземления TN-C, TN-S, TN-C-S и TT: что выбрать

Правильно выбранная система заземления для дома определяет, сработает ли защитная автоматика при пробое изоляции на корпус электроприбора и не появится ли на нем опасный потенциал из внешней сети. Стандарты серии IEC 60364 и Глава 1.7 ПУЭ регламентируют четыре основные конфигурации низковольтных сетей для жилого и коммерческого сектора: TN-C, TN-S, TN-C-S и TT. Ниже приведен технический разбор каждой схемы, правила организации узла разделения PEN-проводника во вводно-распределительном щите (ВРЩ) и критерии выбора конфигурации в зависимости от состояния питающей линии.

Как расшифровываются буквы: классификация систем заземления по IEC 60364

Международная классификация строится на буквенном коде, где каждый символ описывает гальваническую связь между трансформаторной подстанцией (ТП), открытыми проводящими частями электроустановки и землей.

• Первая буква определяет характер заземления источника питания (нейтрали трансформатора). Буква T (от фр. Terre — земля) означает непосредственное присоединение нейтрали трансформатора к глухозаземленному контуру подстанции. Буква I (Isolé — изолированный) указывает на то, что все токоведущие части изолированы от земли или присоединены к ней через большое сопротивление (используется в операционных блоках больниц и на промышленных объектах, в быту не применяется).
• Вторая буква описывает состояние открытых проводящих частей здания (металлических корпусов щитов, стиральных машин, бойлеров, котлов) относительно земли. Буква N (Neutre — нейтраль) указывает на прямую металлическую связь корпусов оборудования с глухозаземленной нейтралью трансформатора через нулевые защитные проводники. Буква T на второй позиции означает, что открытые проводящие части заземлены непосредственно у потребителя через локальный контур, который электрически не связан с нейтралью источника питания.
• Буквы после дефиса уточняют конфигурацию нулевых рабочих (N — Neutral) и защитных (PE — Protective Earth) проводников в системах класса TN. Индекс C (Combined) означает, что функции рабочего нуля и защитного заземления объединены в одном совмещенном проводнике PEN на всей длине сети. Индекс S (Separated) свидетельствует о полном физическом разделении проводников N и PE от самой подстанции. Комбинация C-S указывает на то, что в магистральной части сети функции совмещены в проводнике PEN, но начиная с определенной точки (обычно на вводе в здание) они разделяются на независимые шины PE и N.

Принцип работы и схемы систем: TN-C, TN-S, TN-C-S и TT

Каждая система заземления формирует собственный путь прохождения аварийного тока при однофазном замыкании на корпус и предъявляет различные требования к аппаратам защиты.

TN-C — устаревшая четырехпроводная (в трехфазном исполнении: L1, L2, L3, PEN) или двухпроводная однофазная сеть старого жилого фонда. Отдельный проводник PE здесь отсутствует: корпуса электроустановок присоединяются непосредственно к рабочему нулю («занулением»). Главная опасность схемы в том, что при обрыве или перегорании проводника PEN в магистрали на всех металлических корпусах приборов, включенных после места обрыва, мгновенно появляется фазное напряжение до 230 В относительно земли, и ни один автоматический выключатель на эту аварию не реагирует. В новом строительстве и при реконструкции сетей система TN-C запрещена.

TN-S — самая безопасная пятипроводная трехфазная (L1, L2, L3, N, PE) или трехпроводная однофазная схема. В системе TN-S проводники N и PE разделены на всем протяжении от трансформатора до потребителя, что полностью исключает протекание рабочих токов нагрузки по защитным корпусам и обеспечивает минимальный уровень электромагнитных помех (GT Engineering — TN Systems: the basics). Даже в случае обрыва рабочего нуля N потенциал на защитном проводнике PE остается равным потенциалу земли. Основной недостаток — высокая стоимость кабельной инфраструктуры с пятижильными магистралями.

TN-C-S — базовая рекомендуемая схема для современной городской застройки и котеджных поселков с обновленными линиями электропередачи. От ТП до вводного щита здания идет четырехжильный кабель или воздушная линия с проводником PEN. В ВРЩ потребителя выполняется разделение PEN на отдельные проводники PE и N с обязательным присоединением главной заземляющей шины (ГЗШ) к повторному заземлителю дома. Внутри здания разводка выполняется уже по пяти- или трехпроводной схеме. Уязвимым местом остается участок магистрали до точки разделения: при аварийном обрыве PEN на воздушной линии ток небаланса фаз всей улицы может пойти через повторный заземлитель конкретного дома.

Система TT предполагает, что нейтраль трансформатора на подстанции глухо заземлена, но к потребителю приходят только фазные проводники и рабочий нуль N. Защитное заземление дома (PE) подключается к собственному локальному заземлительному устройству, которое не имеет гальванической связи с нулевым проводником сети. Благодаря этому аварии на внешней линии (обрыв PEN, схлестывание проводов) не могут вынести опасный потенциал на корпуса бытовой техники. Однако из-за относительно высокого сопротивления локального контура (единицы или десятки Ом) ток замыкания фазы на корпус недостаточен для мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя автомата, поэтому эксплуатация системы TT без устройств защитного отключения (УЗО) категорически запрещена.

Сравнительная таблица характеристик систем заземления

Выбор оптимальной конфигурации для проекта требует оценки трех факторов: тока однофазного короткого замыкания на землю, защищенности от внешних аварий и электромагнитной совместимости (EMC) для серверного, медицинского или чувствительного телекоммуникационного оборудования.

По таблице видно фундаментальное различие в физике процесса: в системах группы TN замыкание фазы на заземленный корпус превращается в металлическое однофазное короткое замыкание с током в сотни ампер, что вызывает мгновенное отключение линии автоматом за доли секунды. В системе TT ток замыкания проходит через толщу грунта между заземлителем дома и заземлителем подстанции; при суммарном сопротивлении контуров, например, 20 Ом ток утечки при 230 В составит всего 11,5 А, чего недостаточно даже для теплового расцепителя автомата C16, но достаточно для мгновенного срабатывания УЗО с уставкой 30–300 мА.

Узел деления PEN на PE и N во вводном щите: правила монтажа с клеммами ONKA

При реализации схемы TN-C-S деление совмещенного проводника выполняется во вводно-распределительном щите до вводного коммутационного аппарата или параллельно ему (для фаз). ПУЭ разрешает выполнять деление только при условии, что сечение вводного PEN-проводника составляет не менее 10 мм² по меди или 16 мм² по алюминию. Для однофазных и трехфазных щитов узел деления удобно собирать на латунных шинах или специализированных клеммных блоках на DIN-рейку.

Главное правило коммутации касается приоритета защитной цепи: при реализации узла деления PEN во вводно-распределительном щите входящий PEN-проводник должен подключаться непосредственно к клемме или шине защитного заземления (PE), от которой устанавливается перемычка на рабочую нулевую шину (N), а не наоборот (Schneider Electric Cahier Technique no. 172). К этой же шине PE подключается проводник от локального контура повторного заземления дома. Если сделать наоборот (сначала завести PEN на шину N, а с нее бросить перемычку на PE), то при ослаблении или перегорании перемычки дом потеряет защитное заземление, хотя электроприборы продолжат работать в штатном режиме.

Для построения надежного узла деления в щитах автоматики и ВРЩ применяются винтовые клеммы ONKA на DIN-рейке и распределительные латунные шины:

• При использовании открытых шин устанавливают две отдельные латунные планки нулевой шины N/PE ONKA: например, на ток до 80 А (сечение 6,5×9 мм, артикулы 1080101–1080105 на 5–15 отверстий) или для мощных вводов до 160 А (сечение 7×12 мм, артикулы 1080115–1080118) и 250 А (10×15 мм, артикулы 1080123–1080126). Подробнее о выборе материала шин читайте в статье о проводимости латуни и меди в шинах N/PE.
• При сборке щита на модульных клеммах отходящие проводники PE заводят на желто-зеленые винтовые клеммы заземления ONKA серии MRK соответствующего сечения: 10 мм² (арт. 1010221), 16 мм² (арт. 1010532) или 35 мм² (арт. 1010533). Их стальная ножка при затягивании винта создает прямой гальванический контакт с профилем оцинкованной стальной DIN-рейки ONKA (например, 35×7,5 мм арт. 1100092 или усиленной 35×15 мм арт. 1100106), поэтому рейка тоже соединена с PE. Однако ток PEN через рейку пускать не стоит: входящий PEN, проводник заземлителя и перемычку на N заводят на латунную шину PE.
• Рядом устанавливают группу синих проходных клемм ONKA для рабочего нуля N (например, на 10 мм² арт. 1010045 или 16 мм² арт. 1010055), которые изолированы от DIN-рейки. Перемычку от шины PE на шину N выполняют медным проводом сечением, не меньшим, чем у вводного PEN, а синие клеммы N между собой объединяют штатными гребенчатыми перемычками ONKA (для клемм 10 мм² — арт. 1060121 на 2 полюса, для 16 мм² — арт. 1060154 на 4 полюса).
• Чтобы четко идентифицировать узел в щите, на клеммы устанавливают маркировку ONKA 5×5 мм с символами: «PE» (арт. 1060268), знак заземления «⏚» (арт. 1060266) и «N» (арт. 1060285), а по краям клеммной сборки монтируют торцевые фиксаторы на DIN-рейку (арт. 1060014 или 1060005).

При монтаже необходимо строго соблюдать два нормативных запрета. Во-первых, согласно ПУЭ Украины (Глава 1.7, п. 1.7.158), запрещается включать коммутационные и расцепляющие аппараты в цепи защитных проводников PE и совмещенных PEN; коммутация нейтрали допускается только при условии одновременного отключения фазных линий или в цепях N уже после точки деления PEN (ПУЭ Украины, Глава 1.7). То есть входящий PEN нельзя заводить в полюс трех- или четырехполюсного автомата до его физического разделения на шине PE. Во-вторых, согласно IEC 60364-5-54 (п. 543.4.3) и ПУЭ (п. 1.7.147), если в любой точке электроустановки нейтральный (N) и защитный (PE) проводники разделены из проводника PEN, их повторное объединение дальше по ходу распределения энергии строго запрещено (Schneider Electric ECT172).

Что выбрать: рекомендации для квартиры и частного дома

Выбор системы заземления никогда не делается произвольно — он продиктован состоянием внешней распределительной сети и конструкцией вводного стояка здания.

Многоквартирные дома. В новостройках проектом обычно уже заложена система TN-C-S (деление PEN выполнено в общедомовом ВРЩ в подвале или электрощитовой) или TN-S, и к поэтажному щитку приходят пять проводников (3L + N + PE). В домах старого фонда с четырехпроводным стояком TN-C самостоятельно делать деление PEN в своем поэтажном щитке нельзя: при сечении старых алюминиевых стояков и отсутствии системы уравнивания потенциалов здания перегорание нуля в подвале приведет к тому, что ток всего подъезда пойдет через защитные контакты ваших розеток на водопроводные трубы или арматуру. При капитальном ремонте в такой квартире прокладывают трехжильный кабель (L, N, PE), но желто-зеленый проводник PE в щитке оставляют изолированным и неподключенным до момента официальной реконструкции общедомового стояка, а защиту людей обеспечивают установкой УЗО на 10–30 мА.

Частный дом. Если коттедж подключен подземным кабелем или современной воздушной линией с самонесущим изолированным проводом (СИП) с повторными заземлениями на опорах, базовым решением является система TN-C-S с разделением PEN во вводном щите (место разделения — до или после счетчика — согласовывают с облэнерго в технических условиях). Конструктивные особенности организации локального контура при работе с резервными источниками мы уже разбирали в статье «Заземление генератора в частном доме».

Переход на систему TT для частного дома нужен в двух случаях:

1. Уличная линия выполнена неизолированными алюминиевыми проводами малого сечения на деревянных или старых железобетонных опорах без повторных заземлителей, где высок риск обрыва или схлестывания проводов.
2. Временные сооружения, строительные площадки или объекты с повышенными требованиями к отсутствию сетевых помех на шине заземления.

При выборе схемы TT жизненно необходимо реализовать минимум двухступенчатую дифференциальную защиту (поскольку отказ единственного УЗО оставит дом вообще без защиты от замыкания на землю): на вводе в щит устанавливают селективное противопожарное УЗО (тип S) с током утечки 100–300 мА, а на групповые линии — быстродействующие УЗО или дифавтоматы на 10–30 мА.

Частые вопросы

Почему нельзя объединять нуль (N) и заземление (PE) в розетках или подщитках после их разделения?

Если после точки деления в ВРЩ снова соединить N и PE (например, в поэтажном щитке или розетке), часть рабочего тока нагрузки начнет постоянно течь по защитному проводнику PE и металлическим корпусам приборов. Это приведет к ложному срабатыванию всех УЗО на линии, появлению электромагнитных помех и блуждающих токов на трубах и корпусах техники.

Можно ли делить PEN-проводник после вводного автомата или счетчика?

Согласно п. 1.7.158 ПУЭ в цепи PEN-проводника запрещено устанавливать любые коммутационные аппараты, поэтому разрывать PEN однополюсным или четырехполюсным автоматом до точки его разделения на PE и N нельзя. После счетчика делить PEN можно: главное, чтобы до точки разделения в цепи PEN не было автоматов, рубильников или реле. Место разделения согласовывают с облэнерго в технических условиях на присоединение.

Какое минимальное сечение кабеля допускается для деления PEN в системе TN-C-S?

Деление совмещенного PEN-проводника на отдельные шины PE и N разрешается только тогда, когда его сечение составляет не менее 10 мм² для медных жил или не менее 16 мм² для алюминиевых. Если к дому подходит старый кабель меньшего сечения, реализовывать схему TN-C-S запрещено — необходимо переходить на систему заземления TT с обязательной установкой УЗО.

Сработает ли обычный автоматический выключатель при пробое фазы на корпус в системе TT?

Нет, в большинстве случаев не сработает. Из-за сопротивления локального контура заземления потребителя и контура трансформатора ток замыкания на землю составляет всего десятки ампер, чего недостаточно для мгновенного отключения автомата, поэтому в системе TT защиту от поражения током обеспечивают исключительно УЗО (дифференциальные реле).

Источники

• GT Engineering — TN Systems: the basics (IEC 60364-1)
• Schneider Electric Cahier Technique no. 172 — System earthing in LV
• ПУЕ України (Глава 1.7) — Заземлення і захисні заходи електробезпеки