Прежде чем приступить к изложению предложений по совершенствованию нормативных требований, предъявляемых к типам заземления системы, следует уточнить исходные понятия, используемые в этих требованиях. Необходимо установить объект, для которого предназначена рассматриваемая характеристика, а также дать определение термина «тип заземления системы».
В шести государственных стандартах комплекса ГОСТ Р 50571 «Электроустановки зданий» (ГОСТ Р 50571.18-ГОСТ Р 50571.23 [25-30]), которые введены в действие с 1 января 2002 г., была предпринята попытка устранения разночтений в толковании некоторых терминов. В указанных стандартах, в частности, приведены определения следующих терминов:
«система заземления (заземляющая система): Совокупность заземляющих устройств подстанции, открытых проводящих частей потребителя и нейтрального проводника в электроустановке до 1 кВ»;
«тип системы заземления: Показатель, характеризующий отношение к земле нейтрали трансформатора на подстанции и открытых проводящих частей у потребителя, а также устройство нейтрального проводника. Обозначение типов систем заземления - по ГОСТ 30331.2/ГОСТ Р 50571.2. Различают TN-, ТТ- и ГТ-
|
|
102
системы, две первых из которых имеют заземленную нейтраль на трансформаторной подстанции, а третья - изолированную. TN-система по устройству нейтрального проводника в свою очередь делится на TN-S, TN-C и TN-C-S-системы».
В процитированных определениях использован термин «нейтральный проводник», который определен в стандартах следующим образом:
«нейтральная проводящая часть (нейтральный проводник): Часть электроустановки, способная проводить электрический ток, потенциал которой в нормальном эксплуатационном режиме равен или близок к нулю, например корпус трансформатора, шкаф распредустройства, кожух пускателя, проводник системы уравнивания потенциалов, PEN-проводник и т. п.».
Даже поверхностный анализ приведенных выше терминов, которые разработаны для стандартов комплекса ГОСТ Р 50571, свидетельствует о наличии большого числа недостатков в их «уточненных» определениях.
Термин «нейтральная проводящая часть (нейтральный проводник)» не используется в стандартах МЭК. Появление этого термина следует рассматривать как неудачную попытку замены термина «нетоковедущая часть», который был установлен в ГОСТ Р 50571.1 и использован для определения термина «открытая проводящая часть». Причем термин «нетоковедущая часть» также не имеет своего аналога в стандартах МЭК.
Термин «нейтральная проводящая часть» рассматривается в указанных выше стандартах как эквивалент другого термина -«нейтральный проводник» («neutral conductor»), который широко используется в стандартах МЭК для обозначения проводника, соединенного с нейтральной точкой системы (нейтралью источника питания) и предназначенного для передачи электроэнергии. Нейтральный проводник классифицируется в стандартах МЭК как токоведущая часть, которая предназначена для работы под напряжением в нормальном режиме электроустановки. PEN-проводник, как правило, не относится к токоведущим частям. И, тем более, не относятся к токоведущим частям открытые проводящие части, примеры которых представлены в процитированном определении термина «нейтральная проводящая часть (нейтральный
|
|
103
проводник)» Не является токоведущей частью и проводник системы уравнивания потенциалов.
В национальной нормативной документации вместо термина «нейтральный проводник» до сих пор используется термин «нулевой рабочий проводник», который никогда не рассматривался в качестве эквивалента PEN-проводника и, тем более, открытых проводящих частей. В требованиях, изложенных в п. 442.4.3 ГОСТ Р 50571.18 [25], установлена прямая тождественность между так называемым «нейтральным проводником» (нейтральной проводящей частью) и нулевым рабочим проводником. И, как следствие этого - эквивалентность между нулевым рабочим проводником, с одной стороны, и PEN-проводником, проводником системы уравнивания потенциалов, а также открытыми проводящими частями, с другой. Подобное отождествление двух принципиально различающихся между собой проводящих частей является грубой ошибкой, которая может быть объяснена неправильным применением термина «нейтральный проводник» и введением в стандарты комплекса ГОСТ Р 50571 надуманного термина «нейтральная проводящая часть», у которого нет аналога в стандартах МЭК.
Кроме того, из определений терминов «система заземления» и «тип системы заземления» следует, что нейтральный проводник является также эквивалентом защитных проводников, поскольку посредством характеристики «тип заземления системы» устанавливаются общие требования к устройству именно защитных проводников. Эквивалентность нейтрального и нулевого рабочего проводников, установленная в требованиях, изложенных в п. 442.4.3 ГОСТ Р 50571.18, также влечет за собой эквивалентность нулевого рабочего и защитного проводников.
Как уже отмечалось выше, наименования термина «тип системы заземления» и нового термина «система заземления» следует рассматривать как неудачный их перевод с английского языка на русский язык. Определения терминов имеют плохую редакцию, из-за которой нельзя осмыслить их суть. Например, непонятно, что означают словосочетания «совокупность заземляющих устройств подстанции, открытых проводящих частей потребителя и нейтрального проводника в электроустановке до 1 кВ», «отношение к земле нейтрали трансформатора на подстанции и
104
открытых проводящих частей у потребителя». Процитированные словосочетания нуждаются в дополнительном толковании, без которого нельзя понять суть определяемых терминов.
Несмотря на все недостатки, в определениях терминов «тип системы заземления» и «система заземления» имеется информация, которая позволяет частично снять неопределенность с видов элементов, которые входят в состав низковольтной системы распределения электроэнергии. В определениях обоих терминов говорится о трансформаторной подстанции и об открытых проводящих частях потребителя. Исходя из этой информации, можно сделать вывод о том, что в систему распределения электроэнергии должны входить как минимум два элемента - источник питания и электроустановка здания.
В ГОСТ Р 50571.20 [27] и в ГОСТ Р 50571.21 [28] также имеется информация, подтверждающая сделанный вывод. На рисунках la, lb и 2 первого стандарта представлены упрощенные схемы типов заземления системы TN-C, TN-C-S и TN-S, а на рисунках 2а и 2Ь второго стандарта - аналогичные им схемы типов заземления системы TN-C и TN-S. Причем в качестве системы распределения электроэнергии в обоих стандартах рассматривается совокупность, которая состоит из трансформатора, установленного на трансформаторной подстанции, электроустановки здания и соединяющей их линии электропередачи1.
|
|
В требованиях п. 1.7.3 главы 1.7 ПУЭ седьмого издания также говорится об источнике питания, нейтраль которого заземлена или изолирована от земли, и об открытых проводящих частях электроустановки.
Полезная информация, позволяющая уточнить состав системы распределения электроэнергии, содержится в Британском стандарте BS 7671. Здесь термин «система» определен как элек-
1 Линия электропередачи на перечисленных рисунках обоих стандартов специально не показана. Вполне возможно, что на этих рисунках указана трансформаторная подстанция, встроенная в здание. В этом случае система распределения электроэнергии будет включать в себя два элемента: источник питания, которым является трансформатор, я электроустановку здания.
105
трическая система, состоящая из источника электроэнергии и электроустановки.
Ключевыми понятиями, которые используются в нормативных требованиях, предъявляемых к типам заземления системы, являются следующие: «электроустановка здания», «распределительная электрическая сеть» и «источник питания». Рассмотрим подробно каждое понятие.
Под электроустановкой здания понимается совокупность взаимосвязанного электрооборудования, которое установлено в рассматриваемом здании.
Распределительная электрическая сеть представляет собой низковольтную электрическую сеть, к которой подключаются электроустановки зданий. Распределительная электрическая сеть обычно состоит из трансформаторной подстанции (ПС) и воздушной (ВЛ) или кабельной (КЛ) линии электропередачи, которая начинается от низковольтного распределительного устройства трансформаторной подстанции и заканчивается на вводных зажимах вводно-распределительного устройства или вводного устройства (ВУ), установленного в здании. Линия электропередачи может также заканчиваться на зажимах, которые соединяют провода ответвления от ВЛ к вводу с кабелем (проводами) ввода в электроустановку здания.
|
|
Источником питания в указанной распределительной электрической сети является трансформатор, установленный на понижающей трансформаторной подстанции. Источниками питания также могут быть: местная электростанция, отдельный электрогенератор малой мощности, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания, и даже разделительный трансформатор, на основе которого в части электроустановки здания реализуется система IT. Соответственно и низковольтная распределительная электрическая сеть, включающая в себя некоторые из перечисленных источников питания, будет иметь состав, отличный от указанного выше.
Однако перечисленные источники питания являются исключением из общего правила. В подавляющем большинстве случаев в низковольтных распределительных электрических сетях, к которым подключаются электроустановки зданий, источ-
106
никами питания являются трансформаторы, установленные на понижающих трансформаторных подстанциях.
Граница, которая разделяет низковольтную распределительную электрическую сеть и подключенную к ней электроустановку здания, обычно проходит:
по вводным зажимам вводно-распределительного устройства или вводного устройства, если электроустановка здания подключается к кабельной линии электропередачи распределительной электрической сети;
по вводным зажимам ВРУ или ВУ, если электроустановка здания подключается к воздушной линии электропередачи распределительной электрической сети, а ответвление от ВЛ к вводу и ввод в электроустановку здания выполняются кабелем, изолированными проводами или самонесущими изолированными проводами;
по зажимам, соединяющим провода ответвления от ВЛ к вводу с кабелем (проводами) ввода в электроустановку здания, если электроустановка здания подключается к ВЛ распределительной электрической сети, а ответвление от ВЛ к вводу выполняется неизолированными проводами.
Объектом, для которого устанавливается характеристика «тип заземления системы», является низковольтная система распределения электроэнергии. Система распределения электроэнергии обычно включает в себя низковольтную распределительную электрическую сеть и подключенную к ней электроустановку здания. В стандарте МЭК 60364-3 и в поправке к нему эта совокупность обозначена термином «система распределения» («distribution system»), в британском стандарте BS 7671 для ее обозначения использован краткий термин «система» («system»).
Пример такого объекта, состоящего из наиболее распространенной низковольтной распределительной электрической сети и подключенной к ней электроустановки здания, приведен на рисунке 2.1. Здесь показана система распределения электроэнергии, соответствующая типу заземления системы TN-C-S.
Низковольтная распределительная электрическая сеть состоит из трехфазного источника питания, которым является трансформатор, установленный на ПС напряжением 10 / 0,4 кВ, и
107
Рис. 2.1. Общий вид системы распределения электроэнергии:
1 - заземляющее устройство источника питания; 2 - заземляющее устройство электроустановки здания
трехфазной воздушной или кабельной линии электропередачи, имеющей четыре проводника - три фазных проводника (LI, L2, L3) и совмещенный нулевой защитный и рабочий проводник (PEN). Проводники линии электропередачи подключены на трансформаторной подстанции соответственно к трем фазным шинам (LI, L2, L3) и к PEN-шине ее распределительного устройства напряжением 0,4 кВ.
Электроустановка здания условно показана на рисунке 2.1 в виде трехфазного электроприемника класса I, открытые проводящие части которого подлежат защитному заземлению в соответствии с особенностями рассматриваемого типа заземления системы. Вводные зажимы ВРУ (ВУ), применяемого в электроустановке здания, подключены к соответствующим проводникам линии электропередачи. PEN-проводник разделяется на вводе в электроустановку здания. Поэтому во всей электроустановке здания применяются нулевые защитные и нулевые рабочие проводники.
Низковольтная система распределения электроэнергии, представленная в своем общем виде, «начинается» на источнике питания, включая его самого, «охватывает» линию электропередачи и «заканчивается» на открытых проводящих частях электроустановки здания, которая также входит в ее состав.
Иногда трансформаторные подстанции размещаются в зданиях, особенно больших. В этом случае обычно отсутствует один из элементов распределительной электрической сети - низковольтная линия электропередачи, по которой электроэнергия должна передаваться от трансформаторной подстанции до электроустановки здания. Ее функции выполняют электропроводки распределительных электрических цепей, соединяющие низковольтное распределительное устройство трансформаторной подстанции, встроенной в здание, с низковольтными распределительными устройствами, входящими в состав электроустановки здания. Соответствующая система распределения электроэнергии будет иметь уже иной состав, например такой, который представлен на рисунке 2.2.
В зависимости от построения электрических цепей защитных проводников в одном здании могут быть выполнены отдель-
109
110
Рис. 2.2. Система распределения электроэнергии,
состоящая из электроустановки здания и источника
питания, размещенного в этом же здании:
1 - заземляющее устройство источника питания
ные части электроустановки здания, которые соответствуют различным типам заземления системы (см. рис. 2.2). Если в какой-то части электроустановки здания в качестве защитного проводника используется только PEN-проводник, который «начинается» от PEN-шины низковольтного распределительного устройства трансформаторной подстанции и «заканчивается» на открытых проводящих частях электроприемников класса!, то эта часть электроустановки здания соответствует типу заземления системы TN-C (с некоторыми допущениями).
В другой части электроустановки здания PEN-проводник применяется не во всех ее электрических цепях, а только в распределительной электрической цепи, соединяющей между собой низковольтное распределительное устройство трансформаторной подстанции и низковольтное распределительное устройство, через которое электрооборудование в этой части электроустановки здания обеспечивается электроэнергией. PEN-проводник разделяется на нулевой защитный и нулевой рабочий проводники в указанном низковольтном распределительном устройстве, установленном в рассматриваемой части электроустановки здания. Открытые проводящие части электроприемников класса I в этой части электроустановки здания присоединяются к нулевым защитным проводникам. Подобная часть электроустановки здания соответствует типу заземления системы TN-C-S.
В третьей части электроустановки здания возможно применение во всех электрических цепях только нулевых защитных проводников. Электропроводка распределительной электрической цепи, которая соединяет между собой низковольтное распределительное устройство трансформаторной подстанции и низковольтное распределительное устройство рассматриваемой части электроустановки здания, имеет в своем составе и нулевой защитный и нулевой рабочий проводники. В этой части электроустановки здания открытые проводящие части электроприемников класса I присоединяются к нулевым защитным проводникам электропроводки. При подобном построении электрических цепей защитных проводников в указанной совокупности «источник питания - третья часть электроустановки здания» будет реализован тип заземления системы TN-S.
111
Система распределения электроэнергии может не включать в свой состав электроустановку здания, а состоять из источника питания, линии электропередачи и подключенных к ней электроприемников класса I, например, как показано на рисунке 2.3, светильников наружного освещения, установленных на опорах ВЛ. Электроустановки наружного освещения получили повсеместное распространение для освещения улиц в городах и других населенных пунктах. Они являются низковольтными электроустановками. Поэтому к совокупности, включающей в себя источник питания, линию электропередачи и подключенные к ней светильники, соответствующие, электрооборудованию класса I, можно применить характеристику «тип заземления системы».
В зависимости от вида защитного проводника, входящего в состав проводников линии электропередачи, в указанной совокупности может быть реализовано два типа заземления системы -TN-C и TN-S. В системе TN-C линия электропередачи имеет PEN-проводник, к которому подключаются и открытые проводящие части светильников класса I и их зажимы, предназначенные для подключения нулевых рабочих проводников.
Факт разделения PEN-проводника, при подключении к нему светильников, не может служить поводом для отнесения указанной системы распределения электроэнергии к типу заземления системы TN-C-S. Он лишь иллюстрирует распространенный вариант присоединения открытых проводящих частей электрооборудования класса I к PEN-проводнику, который выполняется с помощью соединительных проводников, имеющих сечение меньше минимально допустимого для PEN-проводника. При этом выполняется также требование п. 1.7.132 ПУЭ седьмого издания, которое запрещает применение PEN-проводника в однофазной электрической цепи, состоящей в данном случае из светильника и его соединительных проводников.
При типе заземления системы TN-S линия электропередачи должна иметь на один проводник больше, чем при типе заземления системы TN-C. В этом случае используются и нулевой защитный проводник, и нулевой рабочий проводник. К нулевому защитному проводнику подключаются открытые проводящие части светильников, а к нулевому рабочему проводнику - их за-
112