Понятие «система распределения электроэнергии»

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

Рис. 2.3. Система распределения электроэнергии,