//Электрика. – 2009. – № 4.– С. 41–47.

 

АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ СТАНДАРТА МЭК 60364-1

К ТИПАМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ СИСТЕМЫ

Ю. В. Харечко

 

В статье [1], посвящённой требованиям стандарта МЭК 60364-1 2005 г. [2] к типам заземления системы, были указаны их многочисленные ошибки и недостатки. В настоящей статье приводим краткий анализ этих требований, базируясь на котором можно уточнить требования нового национального стандарта, разрабатываемого на основе стандарта МЭК 60364-1, вместо действующих ныне ГОСТ Р 50571.1 [3] и ГОСТ Р 50571.2 [4].

Тип заземления системы в подразделе 312 "Классификация проводника и заземление системы" ("Conductor arrangement and system earthing") стандарта МЭК 60364-1 представлен характеристикой заземления системы (system earthing). В то же время, в разделе 1 "Область действия" стандарта говорится о том, что стандарт устанавливает основные правила для низковольтных электроустановок (low-voltage electrical installations). Эта противоречивая информация не позволяет специалисту дать однозначный ответ на главный вопрос: характеристикой какого объекта все-таки является тип заземления системы?

Первая буква в обозначении любого типа заземления системы, как указано в стандарте, устанавливает наличие (буква "T") или отсутствие (буква "I") заземления токоведущих частей источника питания[1]. В электрических системах переменного тока источник питания обычно является составной частью низковольтной распределительной электрической сети. Он может представлять собой, например, вторичную обмотку трансформатора, установленного на трансформаторной подстанции напряжением 10/0,4 кВ.

Вторая же буква в обозначениях типов заземления системы указывает либо на выполнение заземления открытых проводящих частей (буква "T"), либо на наличие электрической связи между открытыми проводящими частями и заземлённой токоведущей частью источника питания (буква "N"). Так как в рассматриваемом стандарте изложены требования к низковольтным электроустановкам вообще и к электроустановкам зданий, в частности, то, следовательно, открытые проводящие части, о которых идёт речь в его нормативных требованиях, являются неотъемлемой частью электроустановки здания или другой низковольтной электроустановки, подключённой к низковольтной распределительной электрической сети.

На рисунках, иллюстрирующих варианты выполнения конкретных типов заземления системы, показаны источники питания, системы распределения (distribution system)[2] и подключённые к ним низковольтные электроустановки, в пределах которых "расположены" открытые проводящие части. Поэтому можно предположить, что тип заземления системы рассматривают в стандарте в качестве основной характеристики низковольтной системы распределения электроэнергии, которая обычно включает в себя, с одной стороны, низковольтную распределительную электрическую сеть и, с другой стороны, подключённую к ней низковольтную электроустановку, которой обычно является электроустановка здания. Применение этой характеристики только для распределительной электрической сети или только для электроустановки здания лишено какого-либо смысла, а иногда просто невозможно. Поясним это утверждение.

Несмотря на то, что характеристика "тип заземления системы" устанавливает принципы построения электрических цепей защитных проводников в каждом из перечисленных элементов системы распределения электроэнергии, корректное её применение возможно лишь для указанной совокупности объектов. Руководствуясь только данными о построении электрических цепей защитных проводников в электроустановке здания, нельзя однозначно ответить на следующий вопрос: какой конкретно тип заземления системы реализован в совокупности "распределительная электрическая сеть – электроустановка здания"?

Действительно, при типах заземления системы TN-S, TT и IT электрические цепи защитных проводников, применяемых для выполнения защитного заземления открытых проводящих частей, имеют в электроустановках зданий одинаковое построение. Поэтому нельзя установить конкретный тип заземления системы, рассматривая только электроустановку здания в отрыве от низковольтной распределительной электрической сети, к которой она подключена.

Привлекая дополнительный критерий – наличие или отсутствие заземления токоведущих частей источника питания, можно установить факт реализации в рассматриваемой системе распределения электроэнергии таких типов заземления системы, как TT или IT. Для окончательной идентификации типа заземления системы TN-S необходима проверка выполнения ещё одного условия, а именно – наличия электрической связи между открытыми проводящими частями электроустановки здания и заземлённой токоведущей частью источника питания. Причём указанная связь должна осуществляться с помощью отдельного защитного проводника (PE) во всей системе распределения электроэнергии, т. е. защитный проводник должен "начинаться" на заземлённой токоведущей части источника питания и "заканчиваться" на открытых проводящих частях электроустановки здания.

Во многочисленных публикациях и изданиях широко используют словосочетания "электроустановка здания с типом заземления системы ХХ", "электроустановка здания ХХ" и др. Все они указывают не только на то, что электроустановка здания соответствует требованиям, предъявляемым к конкретному типу заземления системы ХХ, но также и на то, что требованиям к указанному типу заземления системы отвечает и низковольтная распределительная электрическая сеть, к которой подключена электроустановка здания.

Если электроустановка здания соответствует типу заземления системы IT, то низковольтная распределительная электрическая сеть не должна иметь заземлённых токоведущих частей или какая-то токоведущая часть источника питания может быть заземлена через сопротивление. Электроустановка здания будет соответствовать типу заземления системы TN-S только в том случае, если она подключена к низковольтной распределительной электрической сети, имеющей защитный проводник, с помощью которого открытые проводящие части электроустановки здания соединены с заземлённой токоведущей частью источника питания.

Часто встречающееся словосочетание "сеть ХХ" также лишено смысла в том случае, если низковольтную распределительную электрическую сеть рассматривать в отрыве от электроустановки здания. При подключении к одной и той же низковольтной распределительной электрической сети трёх электроустановок зданий, условно представленных на рис. 1[3] в виде трёхфазных электроприёмников, можно реализовать три разных типа заземления системы: TN-C, TN-C-S и TT.

Рис. 1. Формирование различных типов заземления системы при подключении электроустановок зданий к одной распределительной электрической сети:

1 – заземляющее устройство источника питания; 2 – заземляющее устройство электроустановки здания; ПС – трансформаторная подстанция; ВЛ (КЛ) – воздушная (кабельная) линия электропередачи

 

Иными словами, конкретный тип заземления системы может быть задан и реализован только для совокупности, состоящей из низковольтной распределительной электрической сети и электроустановки здания (рис. 2). При этом построение электрических цепей защитных проводников в обоих элементах рассматриваемой системы распределения электроэнергии должно соответствовать требованиям, которые установлены нормативной документацией для конкретного типа заземления системы.

Рис. 2. Общий вид системы распределения электроэнергии:

1 – заземляющее устройство источника питания; 2 – заземляющее устройство электроустановки здания; ПС – трансформаторная подстанция; ВЛ (КЛ) – воздушная (кабельная) линия электропередачи

 

Следует также упомянуть о существенном недостатке в названии указанной выше совокупности, который отсутствовал в ранее действовавших стандартах МЭК 60364-3 1993 г. [7] с поправкой [8] и МЭК 60364-1 2001 г. [9]. Подраздел 312 этих стандартов имел более определённое наименование – "Типы системы распределения" ("Types of distribution system"). Понятие "тип заземления системы" было установлено в стандартах в качестве одной из характеристик системы распределения, а не заземления системы, как это сделано в стандарте МЭК 60364-1 2005 г. Понятие "система распределения" в требованиях последнего стандарта использовано для объекта, с помощью которого низковольтную электроустановку соединяют с источником питания, т. е. для распределительной электрической сети. Поэтому определение рассматриваемого объекта в стандарте МЭК 60364-1 2005 г. стало менее определённым, чем было в ранее действовавших стандартах МЭК.

Снять указанную неопределённость можно на основе требований британских стандартов BS 7671 [10] и BS 7430 [11] к системам TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT (см. [12]). В стандарте BS 7671 дано следующее определение исходного термина "система" ("system"): электрическая система, состоящая из одного источника электрической энергии и установки (an electrical system consisting of a single source of electrical energy and an installation). Термин "установка" применяют в стандарте BS 7671 в качестве сокращённого варианта термина "электрическая установка" ("electrical installation"), т. е. под системой в этом стандарте понимают совокупность источника питания и низковольтной электроустановки. Аналогично сформулированы требования в стандарте BS 7430.

В требованиях стандарта МЭК 60364-1 имеется серьёзное противоречие, которое следует подробно рассмотреть. При реализации типов заземления системы TN открытые проводящие части электроустановки здания соединяют с заземлённой токоведущей частью источника питания. В зависимости от особенностей конкретного типа заземления системы указанную связь во всей системе распределения электроэнергии выполняют следующим образом:

при типе заземления системы TN-C – совмещённым защитным заземляющим и нейтральным или средним проводниками;

при типе заземления системы TN-S – отдельным защитным проводником;

при типе заземления системы TN-C-S – в распределительной электрической сети и в головной части электроустановки здания, которая непосредственно к ней присоединена – PEN-проводником или PEM-проводником, а в оставшейся части электроустановки здания – защитным проводником.

В то же время, в стандарте МЭК 60364-1 имеется рис. 31K[4] (его фрагмент воспроизведён на рис. 3), который иллюстрирует тип заземления системы TN-C-S для электрических систем постоянного тока. Система TN-C-S здесь представлена как результат сложения "системы TN-C"[5] и "системы TN-S". При этом "система TN-S" выполнена для части электроустановки. Она "начинается" от точки разделения PEM-проводника на защитный (PE) и средний (M) проводники. Между источником питания и точкой разделения PEM-проводника в головной части электроустановки расположена так называемая "система TN-C".

                                                                       Рис. 3. Система TN-C-S постоянного тока[6]:

                                                                                         1 – источник питания; 2 – установка; 3 – заземление системы; 4 – открытые проводящие части

                                                                                          Примечание. В установке может быть предусмотрено дополнительное заземление защитного проводника.

 

Указанная интерпретация системы TN-C-S противоречит требованиям к типу заземления системы TN-S, установленным в п. 312.2.4.1 стандарта, которые гласят: заземлённый линейный проводник, например, L– ... или заземлённый средний проводник М ... отделён от защитного проводника по всей установке (the earthed line conductor for example L– … or the earthed mid-wire conductor Mis separated from the protective conductor throughout the installation) (выделено автором). Процитированное требование иллюстрирует рис. 31H стандарта, фрагмент которого воспроизведён нами на рис. 4, наглядно показывающего, что во всей электроустановке, соответствующей типу заземления системы TN-S, используют отделённые друг от друга защитный и средний проводники.

                                                                                          Рис. 4. Система TN-S постоянного тока:

                                                                                                                1 – источник питания; 2 – установка; 3 – заземление системы; 4 – открытые проводящие части

                                                                                                                 Примечание. В установке может быть предусмотрено дополнительное заземление защитного проводника.

 

Таким образом, с одной стороны, при типе заземления системы TN-S в соответствии с требованиями, изложенными в п. 312.2.1.1 стандарта МЭК 60364-1 для электрических систем переменного тока и в п. 312.2.4.1 для электрических систем постоянного тока, защитный проводник должен проходить через всю систему распределения электроэнергии, т. е. этот проводник должен "начинаться" на заземлённой токоведущей части источника питания и "заканчиваться" на открытых проводящих частях низковольтной электроустановки.

С другой стороны, на рис. 31K стандарта (см. рис. 3) показано, что защитный проводник в так называемой "системе TN-S" "начинается" не на источнике питания, а в произвольной точке системы распределения электроэнергии. Этой "начальной" точкой является точка разделения PEM-проводника на защитный проводник и средний проводник. Однако в этом случае открытые проводящие части низковольтной электроустановки не могут иметь электрического соединения с заземлённой токоведущей частью источника питания, которое выполнено только с помощью защитного проводника, так как в головной части представленной системы распределения электроэнергии соединения между открытыми проводящими частями и заземлённой токоведущей частью источника питания осуществляют с помощью PEM-проводника.

Несмотря на то, что рассматриваемая иллюстрация типа заземления системы TN-C-S была приведена в поправке к стандарту МЭК 60364-3 и стандарте МЭК 60364-1 2001 г., а также представлена в ГОСТ Р 50571.2 и стандарте МЭК 60364-1 2005 г. только для систем постоянного тока, аналогичные интерпретации этого типа заземления системы для электрических систем переменного тока уже появились в ряде публикаций и изданий. В некоторых книгах и статьях систему TN-C-S рассматривают как результат "сложения" двух систем TN-C и TN-S, где в качестве "начальной" точки системы TN-S указана точка разделения PEN-проводника.

Даже в некоторых нормативных документах, например, в ГОСТ Р 50669 [13], имеются требования, в соответствии с которыми система TN-S может "начинаться" в произвольной точке системы распределения электроэнергии, а не от источника питания. В п. 4.2.5 этого стандарта сказано о том, что электроустановка здания из металла может быть подключена к распределительному устройству рядом расположенного здания, например к квартирному щитку. И при этом предполагается возможным реализация типа заземления системы TN-S в совокупности "распределительная электрическая сеть – электроустановка здания из металла".

Процитированное требование ГОСТ Р 50669 не выдерживает критики уже по той причине, что электроустановки "рядом расположенных зданий" соответствуют, как правило, типам заземления системы TN-C и TN-C-S. Этим же типам заземления системы соответствуют и низковольтные распределительные электрические сети, в которых всегда имеются PEN-проводники, а защитные проводники никогда не применяются. Поэтому при подключении "электроустановки здания из металла" к существующей низковольтной распределительной электрической сети и, тем более, к низковольтному распределительному устройству электроустановки "рядом расположенного здания" нельзя реализовать тип заземления системы TN-S, так как в образованной системе распределения электроэнергии нельзя обеспечить электрическую связь между заземлённой нейтралью трансформатора, который обычно является источником питания в существующей распределительной электрической сети, и открытыми проводящими частями электроустановки здания из металла, применяя для этой цели только защитный проводник.

Требования стандарта МЭК 60364-1 к типу заземления системы TN-C, сформулированные в общем виде, содержат существенную неопределённость по их конкретному выполнению. Действительно, как установлено в ГОСТ Р 50571.3 [14] и ГОСТ Р 50571.10 [15], в ПУЭ [16], а также в стандарте МЭК 60364-5-54 [17], сечение медного PEN-проводника должно быть не менее 10 кв. мм, алюминиевого – 16 кв. мм. В электроустановках зданий подавляющее число групповых (конечных) электрических цепей выполняют медными проводниками сечением 1,5 и 2,5 кв. мм. Указанные электрические цепи имеют защитные проводники (PE) сечением 1,5 и 2,5 кв. мм.

По этой причине нельзя смонтировать электроустановку зданий, которая соответствует типу заземления системы TN-C. Поэтому тип заземления системы TN-C можно рассматривать в качестве "теоретического" типа заземления системы, применяемого лишь для разъяснения четырёх "практических" типов заземления системы TN-S, TN-C-S, TT и IT. Полностью снять неопределённость нормативных требований можно, если законодательно запретить применение PEN-проводников в электроустановках зданий, как это сделано в Великобритании[7], аналогичным национальным техническим регламентом.

Заключение. Изложенные выше требования стандарта МЭК 60364-1 по-прежнему базируются на неопределённых исходных понятиях, что предопределяет неоднозначное их восприятие. Кроме того, в требованиях стандарта имеются существенные противоречия, которые ещё более ухудшают их качество. Поэтому остаётся большой вероятность ошибочного применения требований стандарта МЭК 60364-1 при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок зданий.

В новом национальном стандарте, разрабатываемом на основе стандарта МЭК 60364-1, следует существенно переработать требования к типам заземления системы с целью исключения имеющихся в них противоречий. Предварительно необходимо определить следующие основные понятия, используемые в нормативных требованиях: "система распределения электроэнергии", "распределительная электрическая сеть" "источник питания", "тип заземления системы".

В названиях всех рисунков, иллюстрирующих конкретные типы заземления системы, целесообразно придерживаться одного стиля: после типа заземления системы указывать число фаз (для электрических систем переменного тока) и число токопроводящих проводников[8].

Список литературы

1.       Харечко Ю. В. Требования стандарта МЭК 60364-1 к типам заземления системы// Электрика. 2009. № 3.

2.       International standard IEC 60364-1. Low-voltage electrical installations. Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions. Fifth edition. – Geneva: IEC, 2005-11.

3.       ГОСТ Р 50571.1–93 (МЭК 364-1–72, МЭК 364-2–70). Электроустановки зданий. Основные положения. М.: Изд-во стандартов, 1993.

4.       ГОСТ Р 50571.2–94 (МЭК 364-3–93). Электроустановки зданий. Ч. 3. Основные характеристики. М.: Изд-во стандартов, 1995.

5.       International standard IEC 60050-601. International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 601: Generation, transmission and distribution of electricity. General. – Geneva: IEC, 1985.

6.       International standard IEC 60050-601-am1. International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 601: Generation, transmission and distribution of electricity. General. Amendment 1. – Geneva: IEC, 1998-04.

7.       International standard IEC 60364-3. Electrical installations of buildings. Part 3. Assessment of general characteristics. Second edition. – Geneva: IEC, 1993-03.

8.       International standard IEC 60364-3-am1. Electrical installations of buildings. Part 3. Assessment of general characteristics. Second edition. Amendment 1. – Geneva: IEC, 1994.

9.       International standard IEC 60364-1. Electrical installations of buildings. Part 1. Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions. Fourth edition. – Geneva: IEC, 2001-08.

10.   British Standard BS 7671–2001. Requirements for Electrical Installations. IEE Wiring Regulations. Sixteenth Edition. – London: BSI and IEE, 2001.

11.   British Standard BS 7430–1998. Code of practice for Earthing. Second edition. – London: BSI, 1998.

12.   Харечко В. Н., Харечко Ю. В. Требования британских стандартов к типам заземления системы // Электрика. 2006. № 4.

13.   ГОСТ Р 50669–94. Электроснабжение и электробезопасность мобильных (инвентарных) зданий из металла или с металлическим каркасом для уличной торговли и бытового обслуживания населения. Технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1994.

14.   ГОСТ Р 50571.3–94 (МЭК 364-4-41–92). Электроустановки зданий. Ч. 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от поражения электрическим током. М.: Изд-во стандартов, 1995.

15.   ГОСТ Р 50571.10–96 (МЭК 364-5-54–80). Электроустановки зданий. Ч. 5. Выбор и монтаж электрооборудования. Гл. 54: Заземляющие устройства и защитные проводники. М.: ИПК "Изд-во стандартов", 1996.

16.   Правила устройства электроустановок/ Раздел 1. Общие правила. Гл. 1.1: Общая часть; гл. 1.2: Электроснабжение и электрические сети; гл. 1.7: Заземление и защитные меры электробезопасности; гл. 1.9: Изоляция электроустановок. Раздел 6. Электрическое освещение. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Гл. 7.1: Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий; гл. 7.2: Электроустановки зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных сооружений; гл. 7.5: Электротермические установки; гл. 7.6: Электросварочные установки; гл. 7.10: Электролизные установки и установки гальванических покрытий. 7-е изд. М.: ЗАО "Энергосервис", 2002.

17.   International standard IEC 60364-5-54. Electrical installations of buildings. Part 5-54: Selection and erection of electrical equipment. Earthing arrangements, protective conductors and protective bonding conductors. Second edition. – Geneva: IEC, 2002-06.

18.   Харечко В. Н., Харечко Ю. В. Классификация проводников в низковольтных электрических установках // Электрика. 2006. № 6.



      [1] В требованиях стандарта к типам заземления системы говорится о заземлении системы питания (power system). Однако на рисунках, иллюстрирующих выполнение конкретных типов заземления системы, показано заземление источника питания (source), который входит в состав системы питания.

      [2] Понятие "система распределения" использовано только один раз в примечании 3 п. 312.2 стандарта МЭК 60364-1. На рисунках стандарта указано кратко – распределение (distribution). Учитывая, что в Международном электротехническом словаре (МЭС) (стандарте МЭК 60050-601 [5, 6]) термины "электрическая система" ("electrical power system") и "электрическая сеть" ("electrical power network") имеют одно определение, можно предположить, что под системой распределения (или кратко – распределением) в стандарте МЭК 60364-1 подразумевают электрическую сеть, посредством которой низковольтную электроустановку присоединяют к источнику питания.

      [3] На рисунках использованы следующие графические обозначения проводников:  – защитный проводник (PE);  – нейтральный (N) или средний (M) проводник;  – совмещённые защитный заземляющий и нейтральный (PEN-проводник, PEN) или средний (PEM-проводник, PEM) проводник.

      [4] Похожую иллюстрацию системы TN-C-S, слагаемой из "системы TN-C" и "системы TN-S", содержали поправка к стандарту МЭК 60364-3 и стандарт МЭК 60364-1 2001 г.

      [5] Обозначения "система TN-C" и "система TN-S" взяты в кавычки, так как они не являются сокращёнными наименованиями соответствующих им типов заземления системы TN-C и TN-S из-за имеющих место противоречий в анализируемых требованиях стандарта. На указанном рисунке представлен только один тип заземления системы – TN-C-S. Системы TN-C и, тем более, системы TN-S здесь нет и быть не может.

      [6] На рис. 31K стандарта МЭК 60364-1 не показано электрическое присоединение PEM-проводника к заземляющему устройству заземления системы, обозначенному цифрой 3.

      [7] С 31 января 2003 г. в Великобритании действуют Правила электрической безопасности, качества и непрерывности 2002 г. (The Electricity Safety, Quality and Continuity Regulations 2002) (далее по тексту – Правила безопасности), которые потребовали внесения в стандарт BS 7671 некоторых изменений, вступивших в силу с 31 марта 2004 г. Указанные изменения ограничивают область использования PEN-проводника. Правило 8(4) Правил безопасности устанавливает, что потребитель не должен объединять нейтральную и защитную функции в одном проводнике в своей потребительской установке, т. е. действующие требования Правил безопасности и стандарта BS 7671 не допускают применения PEN-проводников в потребительских электроустановках (в электроустановках зданий).

      [8] Классификации токопроводящих проводников посвящена статья [18].