Электр жүйелерінде жерге қосылым және қауіпсіздік шаралары

Кіріспе

Қауіпсіздік немесе жұмыс істеу үшін электрлік жерге қосу
Электрмен жабдықтау жүйелерінің жерге қосу схемалары

Жерге қосу схемасы (Ұлыбритания және IEC) немесе жерге қосу жүйесі (АҚШ) электр қуат жүйесінің белгілі бір бөліктерін жермен, әдетте Жердің өткізгіш бетімен, қауіпсіздік және функционалдық мақсаттар үшін байланыстырады. Жерге қосу схемасын таңдау орнатудың қауіпсіздігіне және электромагниттік үйлесімділігіне әсер ете алады. Жерге қосу схемаларына қатысты ережелер елдер арасында әртүрлі, бірақ көпшілігі Халықаралық электротехникалық комиссияның (IEC) ұсыныстарын басшылыққа алады. Ережелер шахталарда, пациенттерге күтім көрсету орындарында немесе өнеркәсіптік объектілердің қауіпті аймақтарында жерге қосудың ерекше жағдайларын белгілеуі мүмкін. Электр қуат жүйелерінен басқа, басқа жүйелерге де қауіпсіздік немесе жұмыс істеу үшін жерге қосу қажет болуы мүмкін. Биік құрылыстарда шағыннан қорғау жүйесінің бөлігі ретінде найзағайдан қорғайтын құрылғылар болуы мүмкін. Телеграф желілері Жерді тізбектің бір өткізгіші ретінде пайдалана алады, бұл ұзақ тізбекте кері сымды орнату шығындарын үнемдейді. Радио антенналар жұмыс істеуі үшін, сондай-ақ статикалық электрді басқару және шағыннан қорғау үшін арнайы жерге қосуды қажет етуі мүмкін.

Жүйені жерге қосу

Жүйені жерге қосу жүйедегі электрлік қауіпсіздікті қамтамасыз етеді, бұл электрлік ақауларға байланысты болмайды. Оның басты мақсаты – статикалық зарядтың жиналуын болдырмау және жақын жердегі шаңғырдың соғуы немесе қосқыштардың жұмысынан туындаған кернеудің күрт өсуінен қорғау. Мысалы, желдің радио мачтаға тиюі сияқты үйкеліс салдарынан пайда болатын статикалық заряд Жерге таратылады. Кернеудің күрт өсуі кезінде, шаңғырдан қорғайтын құрал, немесе SPD артық токты құрылғыға жеткенге дейін Жерге бағыттайды. Жүйені жерге қосу, металл конструкциялардың арасындағы потенциал айырмашылықтарын болдырмау үшін эквипотенциалды байланыс жасауға да мүмкіндік береді. Жерді ортақ нүкте ретінде пайдалану электр жүйесінің потенциал айырмашылығын желілік кернеумен шектейді.

Жабдықты жерге қосу

Жабдықты жерге қосу электрлік ақау кезінде қауіпсіздік қамтамасыз ету үшін жасалады. Оның басты мақсаты – жабдықты зақымданудан сақтау және электр тогының соғу қаупін болдырмау. Техникалық тұрғыдан алғанда, мұндай жерге қосу – жермен байланыс емес. Желілік өткізгіштен жер сымына ток өткенде, мысалы, I сыныптағы құралда желілік өткізгіш жерленген бетке тигенде, автоматты түрде қуатты ажырату (ADS) құрылғысы – қысқа тұйықтау автоматі немесе қалдық ток құрылғысы (RCD) – ақауды жою үшін тізбекті автоматты түрде ашады.

Функционалдық жерге қосу

Функционалдық жерге қосу электр қауіпсіздігінен өзге де мақсаттарға арналған. Мысалы, электромагниттік кедергілерді (EMI) сүзу үшін EMI-сүзгіде қолданылуы, сондай-ақ Жерді бір сымды жерге қайтару жүйесінде ток қайтару жолы ретінде пайдалану.

Төмен кернеу жүйелері

Төмен кернеулі желілерде, электр қуатын ең көп пайдаланушыларға тарататында, жерге тұйықтау жүйелерін жобалаудағы басты мәселе – электр құралдарын пайдаланатын тұтынушылардың қауіпсіздігі және оларды электр соққысынан қорғау болып табылады. Жерге тұйықтау жүйесі, сақтандырғыштар және қалдық ток құрылғылары сияқты қорғаныш құрылғыларымен бірге, адамның денесіне қатысты металл заттың потенциалы қауіпсіз шектен (әдетте 50 В шамасында) аспауын қамтамасыз етуі керек.

Көптеген дамыған елдерде жерге тұйықталған контактілері бар 220 В, 230 В немесе 240 В розеткалар Екінші дүниежүзілік соғыстан бұрын немесе одан кейін көп ұзамай енгізілген, бірақ ұлттық ерекшеліктер көп. Алайда, АҚШ және Канадада, онда электр қуаты 120 В құрайды, 1960 жылдардың ортасына дейін орнатылған розеткаларда көбінесе жерге қосу тістеуіші болмаған. Дамушы елдерде жергілікті сымдау талаптары жерге қосылысты қамтамасыз етуі мүмкін немесе қамтамасыз етпеуі мүмкін. Фазалық және бейтарап кернеуі 240 В-тан 690 В-қа дейін жететін төмен кернеулі электр желілері, көбінесе өнеркәсіпте, кен өндіруде және машиналарда қолданылады, ал көпшілікке қолжетімді желілерде де қауіпсіздік тұрғысынан жерге тұйықтау жүйесінің дұрыс жобаланғаны маңызды. 1947 жылдан 1996 жылға дейін АҚШ Ұлттық электр кодексі, плиталар (жеке пісіру беттері мен пештерді қоса) және 1953 жылдан 1996 жылға дейін кір жуу машиналарын жабдықтың корпусын жерге қосу үшін электр қуатының негізгі қызмет көрсету панелінен басталатын бейтарап сымын пайдалануға рұқсат берді. Бұл жалғанатын және тұрақты қосылған жабдықтар үшін рұқсат етілді. Сымдағы қалыпты тепе-теңдіксіздіктер жабдықтың жерге кішігірім кернеуін тудырады, ал бейтарап өткізгіштің немесе қосылымдардың бұзылуы жабдықты толық 120 вольтқа жерге қосуы мүмкін, бұл өлімге әкелуі мүмкін жағдай. 1996 жылғы және одан кейінгі НЭК нұсқаларында бұл тәжірибеге рұқсат берілмейді. Осыған ұқсас себептермен көптеген елдер тұтынушылардың сымдарына арнайы қорғаныш жер қосылыстарын орнатуды міндеттеді, бұл қазірде кең таралған. Тарату желілерінде, байланыстар аз және олар нашарлауға бейім болғандықтан, көптеген елдерде жер және бейтарапты бір өткізгіште бөлісуге рұқсат етіледі. Егер кездейсоқ электрленген заттар мен электр қуатының қосылысы арасындағы ақау жолының кедергісі төмен болса, ақау тогы соншалықты үлкен болады, сонда токтан қорғау құрылғысы (сақтандырғыш немесе автоматты қосқыш) жердегі ақаулықты жою үшін ашылады. Жерге тұйықтау жүйесі жабдықтың корпустары мен электр қуатын қайтару арасында төмен кедергілі металл өткізгішті қамтамасыз етпеген жағдайда (мысалы, TT жеке жерге тұйықталған жүйеде), ақау тогы кішірек болады және токтан қорғау құрылысын міндетті түрде іске қоспауы мүмкін. Мұндай жағдайларда, тоқтың жерге ағып кетуін анықтап, тізбекті үзу үшін қалдық ток құрылғысы орнатылады.

In most developed countries, 220 V, 230 V, or 240 V sockets with earthed contacts were introduced either just before or soon after World War II, though with considerable national variation. However in the United States and Canada, where the supply voltage is only 120 V power outlets installed before the mid 1960s generally did not include a ground (earth) pin. In the developing world, local wiring practice may or may not provide a connection to an earth. On low voltage electricity networks with a phase to neutral voltage exceeding 240 V to 690 V, which are mostly used in industry, mining equipment and machines rather than publicly accessible networks, the earthing system design is equally important from safety point of view as for domestic users. From 1947 to 1996 for ranges (including separate cook tops and ovens) and 1953 to 1996 for clothes dryers, US National Electrical Code allowed the supply neutral wire to be used as the equipment enclosure connection to ground if the circuit originated in the main service panel. This was permitted for plug in equipment and permanently connected equipment. Normal imbalances in the circuit would create small equipment to ground voltages, a failure of the neutral conductor or connections would allow the equipment to go to full 120 volts to ground, an easily lethal situation. The 1996 and newer editions of the NEC no longer permit this practice. For similar reasons, most countries have now mandated dedicated protective earth connections in consumer wiring that are now almost universal. In the distribution networks, where connections are fewer and less vulnerable, many countries allow the earth and neutral to share a conductor. If the fault path between accidentally energized objects and the supply connection has low impedance, the fault current will be so large that the circuit over current protection device (fuse or circuit breaker) will open to clear the ground fault. Where the earthing system does not provide a low impedance metallic conductor between equipment enclosures and supply return (such as in a TT separately earthed system), fault currents are smaller, and will not necessarily operate the over current protection device. In such case a residual current device is installed to detect the current leaking to ground and interrupt the circuit.

ТН желілерінің түрлері

TN жерге тұйықтау жүйесінде генератордың немесе трансформатордың нүктелерінің бірі жерге қосылады, әдетте үш фазалы жүйедегі жұлдыз нүктесі. Электр құрылғысының корпусы трансформатордағы осы жер қосылысы арқылы жермен байланыстырылады. Бұл жүйе қазіргі уақытта, әсіресе Еуропада, тұрғын үй және өнеркәсіптік электр жүйелері үшін стандарт болып табылады. Тұтынушының электр орнатылымының ашық металл бөліктерін жалғайтын өткізгіш қорғаныш жер (PE; сонымен қатар: Жер) деп аталады. Үш фазалы жүйеде жұлдыз нүктесіне қосылатын немесе бір фазалы жүйеде қайтарым тогын тасымалдайтын өткізгіш бейтарап (N) деп аталады. TN жүйелерінің үш түрі бар: TN-S PE және N – бөлек өткізгіштер, қуат көзіне жақын жерде ғана біріктіріледі. TN-C Біріктірілген PEN өткізгіші PE және N өткізгіштерінің қызметін атқарады (әдетте 230/400 В жүйелерде тарату желілерінде ғана қолданылады). Жүйенің бір бөлігі біріктірілген PEN өткізгішін пайдаланады, ол кейбір сәтте жеке PE және N желілеріне бөлінеді. Біріктірілген PEN өткізгіші әдетте қосалқы станса мен ғимаратқа кіретін жер арасында болады, ал жер және бейтарап қызметтік бөлігінде ажыратылады. Ұлыбританияда бұл жүйе қорғанышпен көптеген жерге қосу (PME) деп те аталады, себебі жүйеге және жабдыққа жерге қосуды қамтамасыз ету үшін, ең қысқа жолмен жергілікті жер таяқшаларына және тарату желілері бойымен әр үй-жайға дейін қосылады. Австралия мен Жаңа Зеландиядағы ұқсас жүйелер көп жерге тұйықталған бейтарап (MEN) деп, ал Солтүстік Америкада көп жерге тұйықталған бейтарап (MGN) деп белгіленеді. Бір трансформатордан TN S және TN C S жүктемесін алу мүмкін. Мысалы, кейбір жер асты кабельдерінің қабықтары тоттанады және жақсы жерге қосылыстарды қамтамасыз етуді тоқтатады, сондықтан жоғары кедергісі бар «жаман жерлер» бар үйлер TN C S-ке ауыстырылуы мүмкін. Бұл тек желіде бейтарап сәтсіздікке төтеп бере алатын болса ғана мүмкін, және түрлендіру әрдайым мүмкін емес. PEN сәтсіздікке қарсы жеткілікті күшейтілуі керек, өйткені ашық контурлы PEN жүйеге қосылған кез келген ашық металға толық фазалық кернеуді түсіруі мүмкін. Басқа мүмкіндік – жергілікті жерге қосылып, TT жүйесіне ауысу. TN желісінің басты артықшылығы – төмен кедергілі жерге қосу жолы, жоғары ток тізбегінде PE-ге қысқа тұйықталу болған жағдайда автоматты ажыратуды (ADS) жеңілдетуге мүмкіндік береді, себебі бір автомат немесе сақтандырғыш L N немесе L PE ақаулары үшін жұмыс істейді, ал жер ақауларын анықтау үшін RCD қажет емес.

In a TN earthing system, one of the points in the generator or transformer is connected with earth, usually the star point in a three phase system. The body of the electrical device is connected with earth via this earth connection at the transformer. This arrangement is a current standard for residential and industrial electric systems particularly in Europe. The conductor that connects the exposed metallic parts of the consumer's electrical installation is called protective earth (PE; see also: Ground). The conductor that connects to the star point in a three phase system, or that carries the return current in a single phase system, is called neutral (N). Three variants of TN systems are distinguished:
TN−S PE and N are separate conductors that are connected together only near the power source. TN−C A combined PEN conductor fulfills the functions of both a PE and an N conductor. (on 230/400 V systems normally only used for distribution networks)
Part of the system uses a combined PEN conductor, which is at some point split up into separate PE and N lines. The combined PEN conductor typically occurs between the substation and the entry point into the building, and earth and neutral are separated in the service head. In the UK, this system is also known as protective multiple earthing (PME), because of the practice of connecting the combined neutral and earth conductor via the shortest practicable route to local earth rods at the source and at intervals along the distribution networks to each premises, to provide both system earthing and equipment earthing at each of these locations. Similar systems in Australia and New Zealand are designated as multiple earthed neutral (MEN) and, in North America, as multi grounded neutral (MGN). It is possible to have both TN S and TN C S supplies taken from the same transformer. For example, the sheaths on some underground cables corrode and stop providing good earth connections, and so homes where high resistance "bad earths" are found may be converted to TN C S. This is only possible on a network when the neutral is suitably robust against failure, and conversion is not always possible. The PEN must be suitably reinforced against failure, as an open circuit PEN can impress full phase voltage on any exposed metal connected to the system earth downstream of the break. The alternative is to provide a local earth and convert to TT. The main attraction of a TN network is the low impedance earth path allows easy automatic disconnection (ADS) on a high current circuit in the case of a line to PE short circuit as the same breaker or fuse will operate for either L N or L PE faults, and an RCD is not needed to detect earth faults.

TT желісі

ТТ (лат. terra terra) жерге қосу жүйесінде тұтынушыға арналған қорғаушы жер қосылымын жергілікті жер электроды (кейде Terra Firma қосылымы деп аталады) қамтамасыз етеді, ал генераторда тәуелсіз орнатылған тағы бір электрод болады. Олардың арасында «жер сымы» жоқ. Ақаулық тізбегінің кедергісі жоғары, және электродтың кедергісі өте төмен болмаса, TT орнатылымында әрқашан бірінші ажырату құрылғысы ретінде RCD (GFCI) болуы тиіс. TT жерге қосу жүйесінің басты артықшылығы – басқа пайдаланушылардың қосылған құрал-жабдықтарынан келетін өткізілетін кедергінің азаюы. TT жүйесі кедергісіз жерге қосудан пайда көретін телекоммуникациялық нысандар сияқты арнайы қолданыстар үшін әрқашан қолайлырақ болды. Сонымен қатар, TT желілері нейтральдің үзілуі жағдайында елеулі қауіп тудырмайды. Адамдарға қуат жоғарыдан берілетін жерлерде, егер ағаш немесе бұтақ түсуі салдарынан жоғарыдағы тарату сымдары сынса, жер өткізгіштері тоқ соғу қаупіне ұшырамайды. RCD пайдалануға дейін TT жерге қосу жүйесі жалпы қолдану үшін қолайсыз болды, себебі желіден ПЕ-ге қысқа тұйықталу жағдайында автоматты ажыратуды (АДС) ұйымдастыру қиын болды (ТН жүйелерімен салыстырғанда, онда бірдей автомат немесе сақтандырғыш LN немесе L PE ақаулары үшін жұмыс істейді). Бірақ қалдық тоқ құрылғылары бұл кемшілікті жойғандықтан, TT жерге қосу жүйесі барлық айнымалы ток тізбектері RCD арқылы қорғалған жағдайда әлдеқайда тартымдырақ болды. Кейбір елдерде (мысалы, Ұлыбританияда) TT төмен кедергілі эквипотенциалды аймақты байланыс арқылы сақтау мүмкін болмайтын жағдайларда, жылдам қоныстануға арналған үйлер мен кейбір шаруашылықтарға қуат беру сияқты сыртқы сымдар көп болатын жерлерде немесе жоғары ақаулық тогы басқа қауіптер тудыратын, мысалы, жанар май қоймаларында немесе кемежайларда қолдану ұсынылады. TT жерге қосу жүйесі Жапонияның барлық аймақтарында қолданылады, көптеген өнеркәсіптік орындарда және тіпті үйлерде RCD құрылғылары орнатылған. Бұл жиілігі өзгермелі жетектерге және жоғары жиілікті шуды жерге жіберетін сүзгілері бар импульстік қуат көздеріне қосымша талаптар қоюы мүмкін.

In a TT (Latin: terra terra) earthing system, the protective earth connection for the consumer is provided by a local earth electrode, (sometimes referred to as the Terra Firma connection) and there is another independently installed at the generator. There is no 'earth wire' between the two. The fault loop impedance is higher, and unless the electrode impedance is very low indeed, a TT installation should always have an RCD (GFCI) as its first isolator. The big advantage of the TT earthing system is the reduced conducted interference from other users' connected equipment. TT has always been preferable for special applications like telecommunication sites that benefit from the interference free earthing. Also, TT networks do not pose any serious risks in the case of a broken neutral. In addition, in locations where power is distributed overhead, earth conductors are not at risk of becoming live should any overhead distribution conductor be fractured by, say, a fallen tree or branch. In pre RCD era, the TT earthing system was unattractive for general use because of the difficulty of arranging reliable automatic disconnection (ADS) in the case of a line to PE short circuit (in comparison with TN systems, where the same breaker or fuse will operate for either L N or L PE faults). But as residual current devices mitigate this disadvantage, the TT earthing system has become much more attractive providing that all AC power circuits are RCD protected. In some countries (such as the UK) TT is recommended for situations where a low impedance equipotential zone is impractical to maintain by bonding, where there is significant outdoor wiring, such as supplies to mobile homes and some agricultural settings, or where a high fault current could pose other dangers, such as at fuel depots or marinas. The TT earthing system is used throughout Japan, with RCD units in most industrial settings or even at home. This can impose added requirements on variable frequency drives and switched mode power supplies which often have substantial filters passing high frequency noise to the ground conductor.

ІТ желісі

IT желісінде (isolé terre) электр тарату жүйесінің жерге тікелей қосылысы болмайды немесе тек өте жоғары кедергісі бар қосылысы болады.

Басқа терминологиялар

Көптеген елдердің ғимараттарға арналған ұлттық сымдау ережелері IEC 60364 терминологиясын қолданса, Солтүстік Америкада (АҚШ және Канада) «жабдықтарды жерге қосу өткізгіші» термині жабдықтардың жерге қосылуына және тармақтық тізбектегі жер сымдарына сілтеме жасайды, ал «жерге қосу электроды өткізгіші» Жер/жер таяқшасын, электродын немесе қызметтік панельге ұқсас өткізгіштерді байланыстыратын өткізгіштер үшін қолданылады. «Жергілікті» Жер/жер электроды орнатылған әрбір ғимаратта «жүйелік жерге қосуды» қамтамасыз етеді. «Жерге қосылған» ток өткізгіш жүйенің «бейтарапы» болып табылады. Австралия және Жаңа Зеландия стандарттары модификацияланған қорғаныш көп жермен жерге қосу (PME) жүйесінің өзгертілген түрін қолданады, ол көп жермен жерге қосулы бейтарап (MEN) деп аталады. Бейтарап әрбір тұтынушыға қызмет көрсету нүктесінде жерге қосылады (жерге түсіріледі), осылайша LV желілерінің барлық ұзындығы бойынша бейтарап потенциалының айырмашылығын нөлге жақындатады. IEC 60364 терминологиясында бұл TN C S деп аталады. Солтүстік Америкада «көп жерге қосулы бейтарап» (MGN) жүйесі термині қолданылады. Ұлыбританияда және кейбір Достастық елдерінде үш (немесе бір фазалық емес қосылыстар үшін одан да көп) өткізгіштердің қолданылуын білдіретін «PNE» термині, яғни фаза-бейтарап-жер қолданылады, яғни PN S.

Резистентті жерленген бейтарап (Үндістан)

Орталық электр энергиясы басқармасы ережелеріне сәйкес, Үндістанда тау-кен өндіру үшін тосқауылға төзімді жер жүйесі қолданылады. Нейтральды тікелей жерге қосудың орнына, жерге ағып түсетін токты 750 мА-дан төмен деңгейде ұстау үшін нейтральді жерге қосу резисторы (NGR) пайдаланылады. Ақау тогының шектелуі газды шахталарда қауіпсіздікті арттырады. Жерге ағу шектелгендіктен, ағудан қорғау құрылғыларын 750 мА-дан төменгі мәнге орнатуға болады. Ал салыстыра келгенде, тікелей жерленген жүйеде жер ақау тогы қол жетімді қысқа тұйықталу тогына тең болуы мүмкін. Нейтральді жерге қосу резисторы жерге қосылыстың үзілуін анықтау және ақау анықталған жағдайда қуатты автоматты түрде ажырату үшін бақыланады.

Жердің ағудан қорғалуы

Кездейсоқ электр соққысын болдырмау үшін, қуатты оқшаулау мақсатында тоқ сенсорлық схемалар көзінде қолданылады, егер ағын тоғы белгілі бір шектен асып кетсе. Осы мақсатта қалдық тоқ құрылғылары (RCD, RCCB немесе GFCI) пайдаланылады. Бұрын жерге ағып кетуді тоқтататын автоматтық өшіргіштер қолданылған. Өнеркәсіптік қолданыстарда жерге ағып кету релелері жеке өзекті теңгерілген ток трансформаторларымен бірге қолданылады. Бұл қорғау миллиамперлер диапазонында жұмыс істейді және 30 мА-дан 3000 мА-ға дейін реттелуі мүмкін.

Жермен байланыс тексеру

Жер желісімен қатар тарату/жабдықты жабдықтау жүйесінен жеке пилоттық сым тартылады, ол сымның тұтастығын қадағалайды. Бұл тау-кен машиналарынның илемді кабельдерінде қолданылады. Егер жер сымы үзілсе, пилоттық сым бастапқы ұшындағы сезіктендіргіш құрылғыға машинаға қуат беруді тоқтатуға мүмкіндік береді. Осындай тізбек, жер асты шахталарында қолданылатын жылдам ауыр электр жабдықтары үшін (мысалы, LHD (Жүктеу, Тасымалдау, Босату машинасы)) қажетті.

Құны

TN желілері әрбір тұтынушы орнында төмен кедергілі жерге қосылымын жасау шығындарын үнемдейді. Мұндай қосылым (жерге көмілген металл конструкциясы) IT және TT жүйелерінде қорғаныш топырағын қамтамасыз етуге қажет. TN-C желілері жеке N және PE қосылымдары үшін қажетті қосымша өткізгіштің құнын үнемдейді. Дегенмен, нейтраль сымының үзілу қаупін азайту үшін арнайы кабель түрлері және жерге көптеген қосылымдар қажет. TT желілеріне RCD (жердегі ақау тогын үзу құрылғысы) арқылы тиісті қорғау талап етіледі.

Қауіпсіздік

ТН жүйесінде оқшаулау ақаулығы жоғары қысқа тұйықталу тогына әкелуі мүмкін, ол артық токтан қорғаныш құрылғысын (автоматтық қосқыш немесе балқымалы сақтандырғыш) іске қосып, L өткізгіштерін ажыратады. TT жүйелерінде жердің ақаулық тогының кедергісі осыны істеуге тым жоғары болуы мүмкін немесе қажетті уақыт ішінде істеуге жеткіліксіз болуы мүмкін, сондықтан әдетте қалдық тоқ құрылғысы (RCD, бұрынғы ELCB) қолданылады. Ескі TT орналымдарында бұл маңызды қауіпсіздік мүмкіндігі болмауы мүмкін, бұл жағдайда схеманы қорғаушы өткізгіш (CPC немесе PE) және адамдар қол жеткізе алатын металл бөлшектер (ашық және бөгде өткізгіш бөлшектер) ақау кезінде ұзақ уақыт бойы кернеуге түсуі мүмкін, бұл нақты қауіпті жағдай. TN S және TT жүйелерінде (және TN C S жүйесінде бөліну нүктесінен кейін) қосымша қорғау үшін қалдық тоқ құрылғысын пайдалануға болады. Тұтынушы құрылғысында оқшаулау ақаулығы болмаған жағдайда IL1+IL2+IL3+IN = 0 теңдеуі орындалады, ал RCD бұл қосынды шегіне жеткенде (әдетте 10 мА – 500 мА) қуатты ажыратады. L немесе N және PE арасындағы оқшаулау ақаулығы RCD-ді жоғары ықтималдылықпен іске қосады. IT және TN C желілерінде қалдық тоқ құрылғыларының оқшаулау ақаулығын анықтау мүмкіндігі төмендеу. TN C жүйесінде олар әртүрлі RCD-лердегі немесе нақты жердегі жер өткізгіштерінің арасындағы жанасудан туындайтын қате іске қосылуға өте сезімтал, осылайша оларды пайдалану тиімсіз. Сонымен қатар, RCD әдетте бейтарап өзегін оқшаулайды. Бұл TN C жүйесінде қауіпсіз емес болғандықтан, TN C жүйесіндегі RCD-лер тек желілік өткізгішті ажырату үшін сымдалған болуы керек. Жер және бейтарап біріктірілген бір фазалы жүйелерде (TN C және TN C S жүйелерінің біріктірілген бейтарап және жер өзегін пайдаланатын бөлігі), егер PEN өткізгішінде байланыс проблемасы болса, онда үзілістен тыс жерге тұйықтау жүйесінің барлық бөліктері L өткізгішінің потенциалына дейін көтеріледі. Теңгерімсіз көп фазалы жүйеде жерлеу жүйесінің потенциалы ең көп жүктемелі желілік өткізгішке қарай жылжиды. Бейтараптың үзілістен тыс потенциалының осындай өсуі бейтарап инверсиясы деп аталады. Сондықтан TN C қосылымдары розеткалар немесе иілгіш кабельдер арқылы жүргізілмеуі керек, себебі оларда тұрақты сымдарға қарағанда түйісу проблемаларының пайда болуы ықтимал. Кабель зақымданған жағдайда да қауіп бар, оны концентрлі кабель конструкциясын және бірнеше жер электродтарын қолдану арқылы азайтуға болады. "Жерленген" металл конструкциялардың қауіпті потенциалға дейін көтерілуіне және нақты жермен жақын байланысқа байланысты соққы қаупінің артуына байланысты, Ұлыбританияда TN C S жүйелерін жылдамдықтағы тұрақтар мен қайықтарға жағалаудан қуат беру үшін қолдануға тыйым салынған, ал шаруашылықтарда және ашық құрылыс алаңдарында қолдануға кеңінен ұсынылмайды, мұндай жағдайларда барлық сыртқы сымдарды RCD және жеке жер электродтарымен TT жүйесіне ауыстыру ұсынылады. IT жүйелерінде бір оқшаулау ақаулығы жермен жанасқан адам денесі арқылы қауіпті токтардың ағуына себеп болмайды, себебі мұндай ток ағуына төмен кедергілі контур жоқ. Алайда, бірінші оқшаулау ақаулығы IT жүйесін TN жүйесіне айналдыруы мүмкін, ал екінші оқшаулау ақаулығы қауіпті дене тогын тудыруы мүмкін. Сонымен қатар, көп фазалы жүйеде, егер бір желілік өткізгіш жерге түйіскен болса, ол басқа фазалық өзектің жерге қатысты фазалық кернеуге дейін көтерілуіне себеп болады, фазалық-бейтарап кернеуіне емес. IT жүйелері басқа жүйелерге қарағанда үлкен өтпелі кернеулерге де ұшырайды. TN C және TN C S жүйелерінде біріктірілген бейтарап және жер өзегі мен жердің денесі арасындағы кез келген байланыс қалыпты жағдайда елеулі ток алып жүруі мүмкін, ал бейтарап үзілген жағдайда одан да көп ток жүруі мүмкін. Сондықтан, негізгі эквипотенциалды байланыстыру өткізгіштерін осыны ескере отырып өлшеу керек; TN C S жүйелерін жанармай құю станциялары сияқты, көп көмілген металл конструкциялары мен жарылғыш газдардың үйлесімді болуы мүмкін жағдайларда пайдалану ұсынылмайды.

In TN, an insulation fault is very likely to lead to a high short circuit current that will trigger an overcurrent circuit breaker or fuse and disconnect the L conductors. With TT systems, the earth fault loop impedance can be too high to do this, or too high to do it within the required time, so an RCD (formerly ELCB) is usually employed. Earlier TT installations may lack this important safety feature, allowing the CPC (Circuit Protective Conductor or PE) and perhaps associated metallic parts within reach of persons (exposed conductive parts and extraneous conductive parts) to become energized for extended periods under fault conditions, which is a real danger. In TN S and TT systems (and in TN C S beyond the point of the split), a residual current device can be used for additional protection. In the absence of any insulation fault in the consumer device, the equation IL1+IL2+IL3+IN = 0 holds, and an RCD can disconnect the supply as soon as this sum reaches a threshold (typically 10 mA – 500 mA). An insulation fault between either L or N and PE will trigger an RCD with high probability
In IT and TN C networks, residual current devices are far less likely to detect an insulation fault. In a TN C system, they would also be very vulnerable to unwanted triggering from contact between earth conductors of circuits on different RCDs or with real ground, thus making their use impracticable. Also, RCDs usually isolate the neutral core. Since it is unsafe to do this in a TN C system, RCDs on TN C should be wired to only interrupt the line conductor. In single ended single phase systems where the Earth and neutral are combined (TN C, and the part of TN C S systems which uses a combined neutral and earth core), if there is a contact problem in the PEN conductor, then all parts of the earthing system beyond the break will rise to the potential of the L conductor. In an unbalanced multi phase system, the potential of the earthing system will move towards that of the most loaded line conductor. Such a rise in the potential of the neutral beyond the break is known as a neutral inversion. Therefore, TN C connections must not go across plug/socket connections or flexible cables, where there is a higher probability of contact problems than with fixed wiring. There is also a risk if a cable is damaged, which can be mitigated by the use of concentric cable construction and multiple earth electrodes. Due to the (small) risks of the lost neutral raising 'earthed' metal work to a dangerous potential, coupled with the increased shock risk from proximity to good contact with true earth, the use of TN C S supplies is banned in the UK for caravan sites and shore supply to boats, and strongly discouraged for use on farms and outdoor building sites, and in such cases it is recommended to make all outdoor wiring TT with RCD and a separate earth electrode. In IT systems, a single insulation fault is unlikely to cause dangerous currents to flow through a human body in contact with earth, because no low impedance circuit exists for such a current to flow. However, a first insulation fault can effectively turn an IT system into a TN system, and then a second insulation fault can lead to dangerous body currents. Worse, in a multi phase system, if one of the line conductors made contact with earth, it would cause the other phase cores to rise to the phase phase voltage relative to earth rather than the phase neutral voltage. IT systems also experience larger transient overvoltages than other systems. In TN C and TN C S systems, any connection between the combined neutral and earth core and the body of the earth could end up carrying significant current under normal conditions, and could carry even more under a broken neutral situation. Therefore, main equipotential bonding conductors must be sized with this in mind; use of TN C S is inadvisable in situations such as petrol stations, where there is a combination of much buried metalwork and explosive gases.

Электромагниттік үйлесімділік

TN-S және TT жүйелерінде тұтынушы жерге төмен шулы қосылысқа ие, ол қайтарым ағындары мен сол өткізгіштің кедергісі салдарынан N өткізгіште пайда болатын кернеуге ұшырамайды. Бұл кейбір телекоммуникациялық және өлшеу құралдары үшін ерекше маңызды. TT жүйелерінде әр тұтынушының жеке жерге қосылысы болады және ортақ PE желісіндегі басқа тұтынушылардың тудырған тогын сезбейді.

Ережелер

АҚШ-тың Ұлттық электрлік кодексі мен Канаданың электрлік кодексінде тарату трансформаторынан келетін желіде бірге бейтарап және жерлендіру өткізгіштері қолданылады, бірақ құрылыстың ішінде бөлек бейтарап және қорғаныш жерлендіру өткізгіштері пайдаланылады (TN C S). Бейтарапты жерге жалғау тұтынушының ажырату қосқышының электр желісіне жақын жағында ғана жасалуы керек. Аргентинада, Францияда (TT) және Австралияда (TN C S) тұтынушылар өздері жерге қосуын қамтамасыз етуі тиіс. Жапониядағы құрылғылар PSE заңына сәйкес келуі керек, ал ғимарат ішіндегі сымдар көп жағдайда TT жерге қосу жүйесін пайдаланады. Австралияда AS/NZS 3000 стандартының 5-бөлімінде сипатталған көп рет жерленген бейтарап (MEN) жерге қосу жүйесі қолданылады. Төмен вольтты тұтынушы үшін, трансформатордан үйге дейінгі кезеңде TN C жүйесі (бейтарап осы аралықта бірнеше рет жерленеді), ал орнатудың ішінде TN S жүйесі, негізгі қосқыш тақтасынан төмен қарай қолданылады. Жалпы алғанда, бұл TN C S жүйесі болып табылады. Даниядағы жоғары кернеу ережесінде (Stærkstrømsbekendtgørelsen) және Малайзиядағы 1994 жылғы Электр энергиясы заңында барлық тұтынушылар TT жерге қосуын пайдалануы керек делінген, бірақ кейбір сирек жағдайларда TN C S жүйесіне рұқсат етуі мүмкін (АҚШ-тағыдай). Ірі компаниялар үшін ережелер өзгеше. Үндістанда Орталық электр басқармасының ережелері, CEAR, 2010, 41-бабында 3 фазалы, 4 сымды жүйеде жерге қосу, бейтарап сымы және 2 фазалы, 3 сымды жүйеде қосымша үшінші сым қарастырылған. Жерге қосу екі жеке қосылым арқылы жасалуы тиіс. Жерге қосу жүйесінде дұрыс жерге қосуды қамтамасыз ету үшін кемінде екі немесе одан көп жер шұңқыры (электродтар) болуы керек. 42-бапқа сәйкес, 5 кВт-тан жоғары және 250 В-тан аспайтын жалғанған жүктемесі бар орнатуларда, жердегі ақаулар немесе тоқ шығуы жағдайында жүктемені ажырату үшін жер ақауларын қорғау құрылымы болуы керек.

Қолдану үлгілері

Ұлыбританияда жер асты электр кабельдері жиі қолданылатын аймақтарда TN S жүйесі кең таралған. Үндістанда төмен кернеулі (LT) электрмен жабдықтау көбінесе TN S жүйесі арқылы жүзеге асырылады. Нейтраль әрбір тарату трансформаторында екі рет жерленеді. Ауа желілеріндегі нейтраль және жер сымдары бөлек орналасады. Жерге қосылу үшін ауа желілері мен кабельдердің бронясы үшін бөлек өткізгіштер қолданылады. Әрбір тұтынушы жағында жерге қосымша электродтар/ұңғымалар орнатылып, жерге қосылудың қосымша жолы қамтамасыз етіледі. Еуропадағы көптеген заманауи үйлерде TN C S жерге тұйықтау жүйесі қолданылады. Бірлескен нейтраль және жер сымы ең жақын трансформаторлық подстанция мен желілік ажыратқыш (сақтандырғыш) арасында орналасады. Осыдан кейін барлық ішкі сымдарда бөлек жер және нейтраль өзектері қолданылады. Ұлыбританиядағы ескі қалалық және қала маңындағы үйлерде көбінесе TN S жүйесі қолданылады, онда жерге қосылу жер асты қорғасын және қағаз кабелінің қорғасын қабығы арқылы жүзеге асырылады. Норвегияда фазалар арасында 230 В кернеуі бар IT жүйесі кеңінен қолданылады. Шамамен барлық үй шаруашылықтарының 70% желіге IT жүйесі арқылы қосылған. Дегенмен, жаңа тұрғын алаптар көбінесе TN C S жүйесімен салынады, себебі үш фазалы өнімдер (электр көліктерін зарядтау станциялары сияқты) Еуропа нарығы үшін жасалған, онда фазалар арасында 400 В кернеуі бар TN жүйелері басым. Кейбір ескі үйлер, әсіресе қалдық ток құрылғылары мен үй ішіндегі желілер пайда болғанға дейін салынған үйлер, TN C конфигурациясын қолданады. Бұл қазіргі таңда ұсынылмайды. Зертханалар, медициналық мекемелер, құрылыс алаңдары, жөндеу шеберханалары, жылжымалы электр қондырғылары және оқшаулау ақауларының қаупі жоғарырақ болғанда қозғалтқыштардан қуат алатын объектілерде IT жерге тұйықтау жүйесі жиі қолданылады. IT жүйелеріндегі екі ақаулық мәселесін азайту үшін оқшаулау трансформаторлары аз мөлшерде жүктемелерді ғана қамтамасыз етуі керек және оқшаулауды бақылау құрылғысымен қорғалуы керек (көбінесе медициналық, теміржол немесе әскери IT жүйелерінде ғана қолданылады, себебі құны жоғары). Алыс аудандарда, қосымша ПЕ өткізгішінің құны жергілікті жерге қосылудың құнынан асып кеткен жағдайларда, кейбір елдерде, әсіресе ескі үйлерде немесе ауылдық жерлерде TT желілері жиі қолданылады, әйтпесе ағаш бұтағының түсуі салдарынан ауадағы ПЕ өткізгішінің жұлынуы қауіпсіздікке қауіп төндіруі мүмкін. Жеке меншік нысандарға TT жүйесі көбінесе TN C S жүйесінде де қолданылады, егер жеке меншік нысаны TN C S жүйесіне қосылуға жарамсыз деп табылса. Австралияда, Жаңа Зеландияда және Израильде TN C S жүйесі қолданылады; алайда, сымдар ережелерінде әр тұтынушының арнайы жер электроды арқылы жерге жеке қосылуды қамтамасыз етуі міндетті. (Тұтынушының үй-жайына кіретін кез келген металл су құбырлары таратудың коммутаторлық тақтасына/панеліндегі жерге қосылу нүктесіне «байланыстырылуы» керек.) Австралия мен Жаңа Зеландияда қорғаныш жер штангасы мен негізгі коммутатордың/панелінің нейтраль штангасы арасындағы байланыс көп жерленген нейтраль сілтемесі (MEN сілтемесі) деп аталады. Бұл MEN сілтемесі орнатуды сынау мақсатында алынады, бірақ қалыпты жұмыс кезінде құлыптау жүйесімен (мысалы, құлыпты гайкалар) немесе екі немесе одан да көп бұрандалармен қосылады. MEN жүйесінде нейтральдің тұтастығы маңызды. Австралияда жаңа орнатулар ылғалды жерлерде бетонды нығайтуды қорғаныш жер өткізгішіне қосуы керек (AS3000 стандарты), әдетте жерлеудің көлемін ұлғайту (яғни кедергісін азайту) және ванна бөлмелері сияқты жерлерде эквипотенциалды жазықтықты қамтамасыз ету. Ескі орнатуларда көбінесе тек су құбырының қосылысын табуға болады, және егер қандай да бір жаңарту жұмыстары жүргізілсе, оны өзгертуге болмайды, бірақ қосымша жер электроды орнатылуы керек. Келіп түсетін қорғаныш жер/нейтральді өткізгіш нейтральді штангаға (электр есептегішінің нейтральді қосылымының тұтынушы жағында орналасқан) қосылады, содан кейін тұтынушының MEN сілтемесі арқылы жер штангасына қосылады. Осы нүктеден кейін қорғаныш жер және нейтраль өткізгіштері бөлек болады.

In the areas of UK where underground power cabling is prevalent, the TN S system is common. In India LT supply is generally through TN S system. Neutral is double grounded at each distribution transformer. Neutral and earth conductors run separately on overhead distribution lines. Separate conductors for overhead lines and armoring of cables are used for earth connection. Additional earth electrodes/pits are installed at each user end to provide redundant path to earth. Most modern homes in Europe have a TN C S earthing system. The combined neutral and earth occurs between the nearest transformer substation and the service cut out (the fuse before the meter). After this, separate earth and neutral cores are used in all the internal wiring. Older urban and suburban homes in the UK tend to have TN S supplies, with the earth connection delivered through the lead sheath of an underground lead and paper cable. The IT system with 230V between the phases is quite extensively used in Norway. It is estimated that 70% of all households are connected to the grid via the IT system. Newer residential areas are however mostly built with TN C S, in a large degree driven by the fact that three phase products for the consumer market such as electric vehicle charging stations are developed for the European market where TN systems with 400V between the phases dominate. Some older homes, especially those built before the invention of residual current circuit breakers and wired home area networks, use an in house TN C arrangement. This is no longer recommended practice. Laboratory rooms, medical facilities, construction sites, repair workshops, mobile electrical installations, and other environments that are supplied via engine generators where there is an increased risk of insulation faults, often use an IT earthing arrangement supplied from isolation transformers. To mitigate the two fault issues with IT systems, the isolation transformers should supply only a small number of loads each and should be protected with an insulation monitoring device (generally used only by medical, railway or military IT systems, because of cost). In remote areas, where the cost of an additional PE conductor outweighs the cost of a local earth connection, TT networks are commonly used in some countries, especially in older properties or in rural areas, where safety might otherwise be threatened by the fracture of an overhead PE conductor by, say, a fallen tree branch. TT supplies to individual properties are also seen in mostly TN C S systems where an individual property is considered unsuitable for TN C S supply. In Australia, New Zealand and Israel the TN C S system is in use; however, the wiring rules state that, in addition, each customer must provide a separate connection to earth, via a dedicated Earth electrode. (Any metallic water pipes entering the consumer's premises must also be "bonded" to the Earthing point at the distribution Switchboard/Panel.) In Australia and New Zealand the connection between the protective earth bar and the neutral bar at the main Switchboard/Panel is called the multiple earthed neutral Link or MEN Link. This MEN link is removable for installation testing purposes, but is connected during normal service by either a locking system (locknuts for instance) or two or more screws. In the MEN system, the integrity of the neutral is paramount. In Australia, new installations must also bond the foundation concrete re enforcing under wet areas to the protective earth conductor (AS3000), typically increasing the size of the earthing (i. e. reducing resistance), and providing an equipotential plane in areas such as bathrooms. In older installations, it is not uncommon to find only the water pipe bond, and it is allowed to remain as such, but the additional earth electrode must be installed if any upgrade work is done. The incoming protective earth/neutral conductor is connected to a neutral bar (located on the customer's side of the electricity meter's neutral connection) which is then connected via the customer's MEN link to the earth bar – beyond this point, the protective earth and neutral conductors are separate.

Қатты топырақты бейтарап

Қатты немесе тікелей жерге қосылған бейтарап жүйесінде трансформатордың жұлдыз нүктесі тікелей жерге қосылады. Бұл жағдайда, жерге түскен ақау тогының жабылуы үшін төмен кедергілі жол жасалады, нәтижесінде оның күші үш фазалық ақау тогымен шамалас болады. Бейтарапы оқшауланған жүйелер жерге түскен ақау болған жағдайда да жұмысын жалғастыра алады және үздірілмей қуат беруді қамтамасыз етеді. Ұзаққа созылған жерге түскен ақау қауіпсіздік үшін елеулі қауіп тудыруы мүмкін: ток 4–5 А-дан асса, электр доғасы пайда болады, ол ақау жойылғаннан кейін де тұрақтап қалуы мүмкін.

Жерге тұйықтау таяқшалары

IEEE стандарттарына сәйкес, жерге қосылатын таяқшалар мыс және болат сияқты материалдардан жасалады. Жерге қосылатын таяқшаны таңдауда коррозияға төзімділік, ақау тогына байланысты диаметр, өткізгіштік және тағы да басқалар сияқты бірнеше іріктеу критерийлері қарастырылады. Мыс және болаттан жасалған бірнеше түрлері бар: мыс қапталған, тот баспайтын болаттан, таза мыс, мырышталған болаттан жасалған жерге қосылатын таяқшалар. Соңғы онжылдықтарда төмен кедергілі жерге қосылу үшін табиғи электролиттік тұздардан тұратын химиялық жерге қосылатын таяқшалар және нанокарбон талшықты жерге қосылатын таяқшалар әзірленді.

Жерге қосу құрылғылары

Жерге қосылу қондырғыларының жалғауыштары – жерге қосылу және молниядан қорғау жүйелерінің әртүрлі бөліктерін (жерге қосылу тіректері, жерге қосылу сымдары, ток жетектері, шиналар және т.б.) байланыстыратын құралдар. Жоғары кернеулі жүйелерде жер асты байланыстары үшін экзотермиялық дәнекерлеу қолданылады.

Топыраққа төзімділік

Топырақ кедергісі – жерге қосым жүйесін/жерге қосым орнатуды жобалау және есептеудегі маңызды фактор. Оның кедергісі қажетсіз тоқтарды нөлдік потенциалға (жерге) бағыттап жіберудің тиімділігін анықтайды. Геологиялық материалдың кедергісі бірнеше құрауыштарға байланысты: металл кендерінің болуы, геологиялық қабаттың температурасы, археологиялық немесе құрылымдық ерекшеліктердің болуы, еріген тұздардың және қоспалардың болуы, кеуектілігі және өткізгіштігі. Топырақ кедергісін өлшеудің бірнеше негізгі әдістері бар. Өлшеу екі, үш немесе төрт электродтармен жүргізіледі. Өлшеу әдістері: полюс-полюс, диполь-диполь, полюс-диполь, Веннер әдісі және Шлюмбергер әдісі.