ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЛИЩ
А. Н. Кравченко доктор техн. наук

Обеспечение электробезопасности жилищ является общемировой проблемой. Ее решение зависит от уровня развития национальной экономики той или иной страны. В Украине с 1 января 2002 г. В соответствии с новой редакцией ПУЭ СУ [1] введена система электрозащиты жилых и общественных зданий, принятая в большинстве развитых европейских стран. Что собой представляет эта система защиты и насколько она надежна в аварийных режимах работы электрических сетей? Ответ на этот вопрос вы найдете в предлагаемой вашему вниманию информационной статье.
Согласно новой редакции ПУЭ СУ [1] электроснабжение электроприемников   жилых   и   общественных зданий должно выполнятся от электрической   сети   с   глухозаземленной   нейтралью 380/220 В с системой заземления TNS или TN-C-S (п. 2.3.1), причем в жилых домах, спальных помещениях и т. п. не допускается размещение встроенных и пристроенных трансформаторных подстанций (п. 2.3.3). Во всех домах линии групповой сети ... должны выполняться     трехпроходными, (фазный — L, нулевой рабочий — N и нулевой защитный — РЕ проводники).        Запрещается объединение  нулевых рабочих и  нулевых  защитных  проводников   разных   групповых   линий. Нулевой рабочий и нулевой защитный  проводники не разрешается   подключать на щитках под общий  контактный зажим (п. 2.5.5).
Поскольку в Украине до 2002 г. международная классификация питающих электрических сетей фактически не применялась, приведем пояснение сокращений TN-S и TN-C-S. Первая буква этого сокращения характеризует способ заземления источника питания: Т — непосредственное присоединение одной точки токоведущих частей к земле (т. е. глухое заземление нейтрали сети); вторая буква — способ заземления нетоковедущих частей электроустановки: N — связь с землей через точку заземления источника; остальные буквы характеризуют вид нулевого проводника: он либо объединяет функции нулевого рабочего и нулевого защитного (С или "PEN" проводник), либо эти функции обеспечиваются раздельными проводниками (S), С — от английского combine (объединенный), S — separe (раздельный).
В Украине в настоящее время лишь в очень редких случаях применяются пятипроводные линии электропередачи, у которых пятый провод подводится к потребителю непосредственно от электрической подстанции. Как правило, применяются трехфазные четырехпроводные воздушные линии электропередачи (ВЛ) с глухим заземлением нейтрали, т. е. линии, у которых обмотки трансформатора (или генератора) присоединяются к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, например трансформатор тока. Такая сеть имеет три фазных провода и выведенный из нейтрали обмотки трансформатора нулевой провод N, что позволяет подключать электроприемники не только к линейному, но и к фазному напряжению. Другими словами, потребители электроэнергии, не применяя трансформатор (что экономически выгодно), получают для своих нужд два напряжения, например 220/380 В. В связи с этим в электроустановках жилых зданий применяется система заземления TN-C-S вместе со схемой устройства защитного отключения (УЗО) (рис.1). На рисунке обозначено: Lj, L2, L3 — фазные проводники; N — нулевой рабочий проводник; РЕ — нулевой защитный проводник; kWh — счетчик электроэнергии.
Система заземления TN-C-S в сочетании с УЗО [2] имеют очень высокий, практически стопроцентный, уровень электробезопасности в нормальном (но не в аварийном) режиме работы, если она выполнена со строгим соблюдением предъявляемых к ней нормативных требований. К числу таких требований относятся следующие: сечение нулевых рабочих N проводников должно быть равно сечению фазных проводников — в случае питания однофазных электроприемников от трехфазных четырехпроводных ВЛ; сечение PEN проводников должно быть не менее сечения N проводников и не менее 10 мм2 по меди и 16 мм2 по алюминию — независимо от сечения фазных проводников и т. д. (перечислять все эти требования нет необходимости: они приведены в ПУЭ).
В системе заземления TN-C-S защита от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям (т.е. к корпусу) электроустановки, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, достигается (вместе с применением УЗО) так называемой "системой защитных проводов". Защитные провода позволяют осуществить уравнивание потенциалов — снижение разности потенциалов между доступными одновременному прикосновению металлическими частями, заземляющими и защитными проводниками (РЕ проводниками), а также PEN проводниками путем электрического соединения этих частей между собой.
Для уравнивания потенциалов в жилых зданиях применяется заземление или зануление открытых проводящих нетоковедущих конструкций. При этом электрически соединяются между собой на вводе в дом следующие токопроводящие части [1, п. 2.8.19]:
· основной (магистральный) защитный проводник (PEN проводник);
· основной (магистральный) заземляющий проводник или основ ной заземляющий зажим;
· металлические   части   строительных конструкций, стационарно проложенные  трубопроводы,   молниезащиты,   система  центрального отопления,   система  вентиляции  и кондиционирования воздуха и др.
Должна быть обеспечена непрерывность электрической цепи, образованной стальными каркасами железобетонных зданий и сооружений на всем протяжении их использования в качестве PEN проводников. Связь для уравнивания потенциалов обеспечивается либо металлоконструкциями     строительного назначения, либо дополнительными проводниками, либо сочетанием того и другого.
О высокой надежности системы заземления TN-C-S, снабженной УЗО, убедительно говорит зарубежный опыт ее применения. Так, например, в Австрии, применяющей эту систему заземления, количество смертельных электротравм в начале 60-х годов прошлого века (до применения УЗО) было 600, а в конце 80-х годов оно сократилось до 7 [2].
Каковы недостатки заземления, выполненного по системе TN-C-S? И когда именно эти недостатки проявляются в процессе эксплуатации этой системы?
Ответы на эти вопросы легко получить, выполнив несложный анализ работы системы TN-C-S в аварийных режимах работы, а именно: в случае обрыва нейтрали на линии или на ответвлении [3, 4]. При таких аварийных режимах работы система заземления TN-C-S теряет свою работоспособность и становится электроопасной. Действительно, при обрыве нейтрали на ответвлении (даже при полностью исправной изоляции электроустановки) на ее металлических корпусах, соединенных с РЕ проводниками, окажется смертельно опасный потенциал фазы. В этом случае УЗО, которое согласно [1] не является энергозависимым, не сможет выполнить функцию отключения. К сожалению, в [1] предусмотрена лишь достаточно надежная защита электрооборудования (а не людей!) от обрыва нейтрали на ответвлении от линии, питающей однофазных потребителей от трехфазных четырехпроводных ВЛ. Так, в случае, "когда PEN проводник ВЛ является общим для групп однофазных потребителей, питающихся от разных фаз, рекомендуется предусматривать защитное отключение потребителей при превышении допустимого уровня напряжения, возникающего из-за асимметрии нагрузки после обрыва PEN проводника, N или совместного PEN" [1, п. 2.3.8].
Каков выход из этой непростой ситуации?
Он подробно описан в [3, 4] и заключается в использовании одного из следующих предложений:
· совместное использование автоматического выключателя с расцепителями   минимального   напряжения. При этом расцепители минимального   напряжения   следует отсоединить   таким   образом,   чтобы при обрыве нейтрали на ответвлении    происходило    срабатывание расцепителя, и автоматический выключатель отсоединял фазу от металлического корпуса электроустановки;
· применение   в   сочетании   с УЗО  (не  предусмотренной  в  [1], однако рекомендуемой МЭК) схемы электропитания по системе ТТ. Напомним:   первая   буква   в   этом обозначении ранее уже была объяснена; вторая буква — это характеристика способа заземления открытых    электропроводящих    частей электроустановки, а именно: непосредственная   связь   таких   частей электроустановки с землей, независимо от характера связи источника питания с землей. Применение системы ТТ совместно с УЗО позволяет отключить электроустановку при прикосновении  к  ее  токоведущим частям даже в случае обрыва PEN проводника, т. е. при применении этой  системы  обрыв  нейтрали  на линии  и  на ответвлении  электробезопасен при прикосновении к металлическому корпусу электроустановки.
Отметим, что система электропитания ТТ существенно отличается от системы TN-C-S, поскольку в ней PEN проводник не разделяется на N и РЕ проводники и, кроме того, отсутствует зануление корпуса электроустановки. Некоторым недостатком системы ТТ (кроме недостатков, отмеченных в [4]), является необходимость иметь отдельное заземление, электрически независимое от заземлителя нейтрали источника питания. Несмотря на эти недостатки, система ТТ в сочетании с УЗО широко используется в европейских странах (в том числе и в России) как эффективное средство электрозащиты в электроустановках мобильных зданий, выполненных из металла или имеющих металлический каркас (киоски, палатки, кафе, будки, боксовые гаражи и т.п.), а в сельской местности — в индивидуальных жилых домах, коттеджах, садовых домиках и др.
К большому сожалению, практически реализовать приведенные выше предложениия не просто: отечественная промышленность не выпускает автоматические выключатели с расцепителями минимального напряжения, а западные фирмы, выпускающие такие аппараты, в своих проспектах не указывают быстродействие этих аппаратов; с системой питания ТТ дело обстоит еще сложнее, поскольку эта система не предусмотрена ПУЭ СУ [1, 4] и поэтому для ее применения потребуется существенная переработка не только ПУЭ СУ, но и Правил устройства электроустановок и других нормативных документов.
Таким образом, гарантировано обеспечить электробезопасность жилищ в случае аварии, вызванной обрывом проводов многопроводной электрической сети, довольно сложно. Особенно следует "беречь" от обрыва (ветра, гололеда, похитителей цветных металлов и т. п.) нулевой провод. В этом отношении сельские жители находятся в гораздо худших условиях, чем городские, поскольку в кабельных городских сетях вероятность обрыва жил проложенного под землей кабеля намного меньше, чем у неизолированных проводов ВЛ.
В связи с этим можно рекомендовать опыт организации электроснабжения сельской местности, принятый во многих западных странах. Этот опыт характерен тем, что он не только существенно "оберегает от обрыва" провода ВЛ, но и является чудодейственным "лекарством" от пониженного напряжения. Вначале коротко об этом "лекарстве".
Как у нас в прошлом происходила (да фактически и сейчас происходит) электрификация сел? В центре села устанавливалась трансформаторная подстанция (ТП) 10/0,4 кВ мощностью не менее 320 кВ-А, от которой вдоль улиц тянулись "воздушки" 0,4 кВ, питающие не меньше 20 домов. Наиболее удаленные от ТП дома оказывались расположенными от нее на расстоянии 1,2 км и даже больше. К чему это приводит? Рассмотрим это на примере ТП с трансформатором ТН-320. На выходе этого трансформатора фазное напряжение обычно равно 235 В (большее напряжение не выдержат близлежащие дома: у них перегорят все лампочки), а среднее значение тока на каждой фазе в летнее время — 110 А. Тогда сопротивление линии, выполненной алюминиевым проводом А-25, как нетрудно подсчитать, при длине линии 1,2 км составит 1,3 Ом. Предположим, что ток нагрузки в линии падает плавно и к периферии снижается до 10 А (т. е. Icp = 60 А). Тогда по закону Ома падение напряжения в фазном проводе составит 78 В. (Фактическое падение напряжения в фазном проводе меньше, поскольку при снижении напряжения снижается и ток нагрузки; однако следует учесть также и падение напряжения в нулевом проводе, ток в котором очень сильно зависит от симметричности нагрузки по фазам). Так что фактическое напряжение на наиболее отдаленных от ТП участках составляет в летнее время всего лишь 160-170 В и 150-160 В зимой. О каком качестве напряжения может идти речь, если напряжение снижается почти на 1/3? Последствия от такого снижения напряжения для бытовой техники просто ужасны, а воспользоваться так необходимым в сельской местности деревообрабатывающим станком или сварочным аппаратом вообще не удается.
Какое же чудодейственное "лекарство" изобрели в западных странах? До примитивного — простое. Там посчитали, что ТП большой мощности (свыше 100 кВ-А) в сельской местности просто не нужны. Не нужны и длинные "воздушки" 0,4 кВ. Достаточно протянуть ВЛ-10 кВ, установить на столбах с помощью кронштейнов небольшие понижающие масляные трансформаторы 10/0,22 кВ мощностью 10-20 кВ'А и питать от них всего лишь 2-3 дома, гарантируя потребителю стабильные 220 В. Конечно, при этом начальные материальные затраты возрастают по сравнению с нашим "традиционным" электроснабжением селян, но в дальнейшем нормальное напряжение, безусловно, себя быстро окупит.
А теперь вернемся непосредст венно к теме нашей статьи. Западное "лекарство" чудодейственно не только от пониженного напряжения, но оно также существенно повышает электробезопасность сельских жилищ за счет того, что "воздушки" 0,4 кВ становятся очень короткими и вероятность обрыва у них нулевого провода многократно уменьшается (даже практически исчезает, если применить кабельный ввод в дом — благо расстояние от ТП до дома небольшое).
Литература
1. Правила устройства электроустановок.   Электрооборудование      специальных      установок (ДНАОП 0.00-1.32-01). Киев: Укрархстройинформ, 2001.- 118 с.
2. Мозырский В.  И. Автоматическое отключение питания и защитное заземление в электроустановках зданий (в свете требований   новых   стандартов   по электробезопасности).    —   Киев: ДИА, 2001. - 120 с.
3. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках  зданий.   —  М.:   Энергоатомиздат, 1984. — 448 с.
4. Клименко Б.  В.  Нужна ли Украине система ТТ?/ Электропанорама.  — 2002.  — №11.  — С. 18-21.

Материал взят из журнала «ЭЛЕКТРО ПАНОРАМА» - 12, 2002 г.