TN-C, TN-S, TN-C-S и TT: системы заземления простыми словами

Когда в старом доме меняют проводку, электрик спрашивает: «Какая у вас система — TN-C или уже TN-C-S?» Многие воспринимают это как формальность из проекта. Между тем от этих букв зависит конкретная вещь: окажется ли корпус холодильника под фазным напряжением, если где-то в подъезде ослабнет один болт.

Разберём четыре системы, которые встречаются в жилых домах, на одной и той же аварии — обрыве нулевого провода — и посчитаем, какой ток пойдёт через человека, коснувшегося корпуса.

Что означают буквы

Обозначения заданы в ПУЭ (п. 1.7.3) и читаются по позициям.

• Первая буква — как нейтраль источника (трансформатора подстанции) связана с землёй. T — глухо заземлена, I — изолирована.
• Вторая буква — как заземлены открытые проводящие части, то есть металлические корпуса приборов. N — проводником, идущим к заземлённой нейтрали источника. T — собственным заземлителем на месте, электрически не связанным с нейтралью.
• Буквы после дефиса (только для TN) — как устроены нулевой рабочий N и нулевой защитный PE. C — совмещены в один провод PEN. S — идут раздельно.

Отсюда и чтение: TN-C — всё одним проводом, TN-S — раздельно от самой подстанции, TN-C-S — сначала совмещены, потом разделены, TT — корпуса на своей земле. Система IT с изолированной нейтралью используется в больницах, шахтах и на судах, в квартирах её нет.

Разница между N и PE принципиальная. По N в нормальной работе течёт рабочий ток, и на нём есть падение напряжения. По PE ток не течёт никогда, кроме аварии: его задача — держать корпус на потенциале земли и увести ток пробоя так, чтобы сработала защита.

Четыре системы на одной аварии

Дальше одна и та же ситуация — обрыв нулевого провода — в каждой из систем.

TN-C: один провод на две работы

Самая старая система, она до сих пор живёт в домах постройки до 1990-х годов. От подстанции до розетки идёт фаза и PEN. Розетки двухконтактные, заземляющего контакта нет или его соединяют перемычкой с нулём прямо в розетке — это называют «занулением».

Пока PEN цел, разницы с современными схемами не видно. Опасность проявляется при его обрыве.

Почему так происходит. После обрыва PEN лампа по-прежнему подключена одним концом к фазе, а другим — к общему PEN квартиры, с которым соединён заземляющий контакт розетки. Тока нет, потому что цепь разорвана. Но как только человек касается корпуса, стоя на полу, цепь замыкается: фаза → нить лампы → PEN → корпус → человек → земля.

1. Сопротивление нити лампы 60 Вт: 230² / 60 ≈ 882 Ом.
2. Сопротивление тела в расчётах берут 1000 Ом.
3. Ток: 230 / (882 + 1000) ≈ 0,122 А = 122 мА.

Это в четыре раза больше порога, после которого возможна фибрилляция сердца (около 30 мА). Автомат 16 А на 122 мА не реагирует никак. Защитного проводника нет, поэтому корпус не может увести ток пробоя на землю так, чтобы сработала защита, — единственный путь проходит через человека. И чем больше приборов включено, тем ниже суммарное сопротивление нагрузок и тем ближе к фазному напряжение на «занулённых» корпусах.

TN-S: защитный провод отдельно с самого начала

В TN-S рабочий ноль N и защитный PE разделены на подстанции и идут отдельными жилами до каждой розетки. Та же авария — обрыв N — выглядит совсем иначе.

Свет гаснет сразу, потому что цепь разорвана и обратного пути у тока нет. Корпус розетки при этом по-прежнему соединён с PE, который от N не зависит и остаётся на потенциале земли. Человек, коснувшийся корпуса, ничего не почувствует: в примере TN-S ток через него нулевой, и «Проверка» не находит ни одной ошибки.

Недостаток TN-S один — цена: пятый провод во всей распределительной сети, от подстанции до квартиры. Поэтому в чистом виде её встречают реже, чем следующую систему.

TN-C-S: граница опасности проходит по щитку

Стандарт для большинства современных жилых домов. ПУЭ (п. 7.1.13) требует питать жилые здания от сети с системой TN-S или TN-C-S. До вводного распределительного устройства дома идёт PEN, как в TN-C. Во вводном щите его разделяют на две шины — N и PE, — и дальше провода идут раздельно, как в TN-S.

Эта схема не убирает опасность обрыва PEN, а сдвигает её границу к точке разделения:

• обрыв PEN до точки разделения так же опасен, как в TN-C: в примере TN-C-S через человека идут те же 120 мА;
• обрыв N после точки разделения так же безопасен, как в TN-S: свет гаснет, ток через человека нулевой.

Поэтому самые ответственные соединения в TN-C-S — это PEN на вводе и шина, где он делится. ПУЭ рекомендует повторно заземлять PEN на вводе в здание (п. 1.7.61): если PEN оборвётся на линии, корпуса останутся связаны с землёй через собственный заземлитель дома. И запрещает после разделения снова объединять N и PE (п. 1.7.135): иначе рабочий ток потечёт по защитному проводнику, а УЗО перестанет работать правильно.

TT: своя земля, поэтому УЗО обязательно

В TT корпуса подключены к собственному заземлителю дома — контуру из вбитых в грунт электродов, — а не к нейтрали подстанции. Так делают в частных домах с воздушной линией в плохом состоянии, где PEN рвётся часто, и во временных постройках. ПУЭ допускает TT, когда безопасность в системе TN обеспечить нельзя (п. 1.7.59).

Обрыв нуля на линии корпусам здесь не страшен: они на своей земле. Зато появляется другая проблема — сопротивление этой земли. У собственного заземлителя оно десятки ом, в симуляторе заложено 30 Ом. При пробое фазы на корпус ток замыкается через этот заземлитель и землю обратно к подстанции:

I_пробоя = 230 / 30 ≈ 7,7 А

Для автомата 16 А это обычная рабочая нагрузка. Он не отключится никогда, а на корпусе всё это время почти полное фазное напряжение. Условие безопасности для TT из ПУЭ (п. 1.7.59) выглядит так:

Ra · Ia ≤ 50 В

где Ra — сопротивление заземлителя и защитного проводника, Ia — ток срабатывания защиты. Для УЗО на 30 мА: Ra ≤ 50 / 0,03 ≈ 1667 Ом, это выполняется практически всегда. Для автомата C16, чтобы он отключался мгновенно, Ia = 160 А, и тогда Ra ≤ 0,31 Ом — такого заземлителя у частного дома не бывает. Поэтому в TT защита от косвенного прикосновения — это УЗО, и только оно.

В примере TT пробой изоляции отключает УЗО за доли секунды. Если заменить УЗО обычным автоматом, ток пробоя составит около 8 А, автомат его не заметит, а человек получит около 230 мА.

Сравнение на одной аварии

Система	Где N и PE	Обрыв нуля на линии	Главная защита корпусов
TN-C	один провод PEN до розетки	корпуса под фазой через нагрузку	нет полноценной
TN-S	раздельно от подстанции	свет гаснет, корпуса безопасны	автомат и УЗО
TN-C-S	PEN до щита, потом раздельно	до щита опасно, после — безопасно	автомат, УЗО, повторное заземление
TT	корпуса на своём заземлителе	корпуса безопасны	только УЗО

Типичные ошибки

• Перемычка между нулём и заземляющим контактом в розетке. Превращает любую квартиру в TN-C с её главной опасностью. А если на розетке перепутают фазу и ноль, корпус прибора окажется под фазой сразу, без всякой аварии.
• Объединение N и PE после точки разделения. Нарушает п. 1.7.135 ПУЭ, по защитному проводнику течёт рабочий ток, УЗО срабатывает без причины или, наоборот, перестаёт видеть утечку.
• Заземление на батарею отопления или водопровод. Трубы соединены пластиком, фитингами, и сопротивление такой «земли» непредсказуемо. Хуже того, при пробое под напряжением окажутся трубы у соседей.
• TT без УЗО. Автомат в этой системе от пробоя на корпус не защищает принципиально, как видно из расчёта.
• Выключатель в разрыве нуля. Не связано с системой заземления напрямую, но исходит из той же путаницы «ноль тоже провод, какая разница». ПУЭ (п. 6.6.28) требует ставить однополюсные выключатели в фазу: иначе при выключенном свете патрон остаётся под напряжением.

Переход с TN-C на TN-C-S, монтаж контура заземления, разделение PEN во вводном щите — работа для электрика с допуском, при снятом напряжении и с измерением сопротивления заземлителя.

Что попробовать в симуляторе

Четыре примера систем заземления построены одинаково: фаза, автоматы, лампа, розетка, человечек, который может коснуться корпуса, и перемычка, имитирующая обрыв. Пройдите их подряд — TN-C, TN-S, TN-C-S, TT — и каждый раз смотрите вкладку «Показания»: ток через человека и состояние защиты. Разница между 120 мА и нулём на одной и той же аварии объясняет системы заземления лучше любой таблицы.

Коротко

Первая буква говорит о нейтрали подстанции, вторая — о том, куда подключены корпуса, буквы после дефиса — совмещены ли ноль и защитный провод. Совмещённый PEN опасен при обрыве: корпуса оказываются под фазой через нагрузку. В TN-C-S эта опасность остаётся только до вводного щита, поэтому там нужны повторное заземление и надёжная точка разделения. В TT корпуса защищены от обрыва нуля, но ток пробоя через собственную землю слишком мал для автомата, и без УЗО такая система не работает.

Попробуйте в симуляторе