Функциональное заземление (FE) и защитное заземление (PE) — две разные цели, с общим проводником или без

Руководство о §444 — меры ЭМС упоминает мелкоячеистую сеть выравнивания потенциалов как меру против электромагнитных помех. Одно понятие в этих рамках часто путают, и оно заслуживает четкого разграничения: функциональное заземление (FE) в противоположность защитному заземлению (PE). Оба соединяют токопроводящую часть с землёй, но с принципиально разной целью — и путаница этих целей приводит либо к небезопасной установке, либо к установке, которая не функционирует должным образом.

Две совершенно разные цели

• Защитное заземление (PE) имеет единственную цель: безопасность людей. При повреждении изоляции между токоведущим проводником и открытой токопроводящей частью оборудования соединение PE обеспечивает протекание достаточного тока повреждения, чтобы защитное устройство (автомат, УЗО) сработало в требуемое время, а напряжение прикосновения на этой части оставалось в безопасных пределах (см. основные принципы в руководстве 131-principles). PE является мерой безопасности и подпадает под положения глав 41 и 54 стандарта NEN 1010.
• Функциональное заземление (FE) имеет целью улучшение функционирования оборудования: стабильная опорная точка напряжения для сигнальных цепей, отвод высокочастотных токов помех на землю или ограничение электромагнитного излучения. Соединение FE никак не способствует безопасности людей — если соединение FE пропадёт, ничего не изменится в безопасности установки, но может измениться качество сигнала или ЭМС-характеристики подключённого оборудования.

Почему FE никогда не должно быть единственным заземляющим соединением

Это тот момент, где на практике чаще всего допускается ошибка: соединение FE (часто тонкий, отдельно маркированный проводник к сигнальной или экранирующей шине) никогда не должно быть единственным соединением с землёй для устройства класса защиты I. Проводник FE не рассчитывается, не испытывается и не оценивается как защитный проводник — он не обязан соответствовать требованиям к сечению из §543 или требованию низкого импеданса, необходимому для протекания тока повреждения в требуемое время отключения. Оборудование, которому нужно как функциональное, так и защитное заземление, должно поэтому всегда иметь отдельное, полноценное соединение PE в дополнение к соединению FE.

Когда FE и PE всё же объединяются

Для большинства обычного ИТ-оборудования (сервер, сетевой коммутатор) отдельная точка FE не выполняется вовсе: корпус заземлён через обычное соединение PE силового кабеля, и это единственное соединение PE на практике выполняет как роль безопасности, так и (ограниченную) функциональную роль. Это допустимо при условии, что объединённый проводник полностью соответствует всем требованиям к защитному проводнику — функциональное требование добавляется поверх требования безопасности, а не заменяет его. Для оборудования с отдельной низкоомной высокочастотной точкой заземления (например, 19-дюймовая серверная стойка с собственной сигнальной заземляющей шиной, или телекоммуникационное оборудование с отдельно обозначенной клеммой FE) шина FE обычно соединяется с шиной PE/главной заземляющей шиной в одной точке, чтобы избежать замкнутого контура между обеими системами — см. также руководство о заземлении экрана кабеля для того же принципа однoточечного заземления экранов.

Риск нескольких несогласованных соединений FE/PE

Когда установка имеет несколько взаимно несогласованных заземляющих соединений — например, отдельную точку заземления FE в серверной комнате и обычное PE через сеть TN, без объединения обоих в одной точке — образуется замкнутый контур между двумя точками заземления, который (особенно при установке TN-C) пропускает часть нормального рабочего тока через этот контур, с сопутствующими магнитными полями и напряжениями помех. Это именно та проблема, которую §444 призван предотвратить требованием хорошо согласованной, сетчатой системы выравнивания потенциалов вместо произвольных, отдельных точек заземления.

Внимание: проводник FE часто делают узнаваемым с помощью собственной цветовой или маркировочной конвенции (например, сине-жёлтый или отдельно обозначенный проводник, отличающийся у разных производителей — универсального цветового кода NEN-1010, специфичного для FE, как для PE, не существует). При сомнении следует свериться с документацией производителя оборудования, а не предполагать, что тонкий, отдельно маркированный заземляющий проводник является полноценным защитным проводником.

Практическая значимость

При подключении ИТ-, телеком- или измерительно-регулирующего оборудования с отдельно обозначенной клеммой FE важно сначала установить, есть ли у устройства также собственное, полноценное соединение PE (через входной разъём питания или отдельную точку защитного заземления). Если это не так, необходимо проверить, соответствует ли сама клемма FE всем требованиям к защитному проводнику — если нет, то защитное заземление для этого устройства отсутствует и должно быть добавлено отдельно от соединения FE.

Частые ошибки

1. Принятие тонкого сигнального проводника FE за полноценный защитный проводник — соединение FE не рассчитано и не испытано как PE и не обеспечивает доказуемой безопасности людей.
2. Устройство нескольких точек заземления, не объединённых в одной точке в одной и той же установке (например, отдельная «чистая земля» для чувствительного оборудования рядом с обычным PE) — это создаёт именно тот контур помех, который мера должна была предотвратить.
3. Отключение соединения FE, «потому что оно всё равно только для оборудования», без проверки, выполняет ли тот же проводник также защитную функцию — для объединённого проводника это действительно так, что создаёт риск для безопасности.
4. Убеждение, что отдельная «чистая точка заземления» даёт лучшее заземление, чем обычное PE — с точки зрения безопасности имеет значение только одно заземление (защитное заземление по главе 54); отдельная точка FE решает сигнальную проблему, а не проблему безопасности.

Связанные материалы

• §444 — Меры против электромагнитных помех (ЭМС)
• ЭМС — разделение силовых и информационных кабелей
• Защитный проводник — выбор сечения
• Заземление экрана кабеля — одно- или двустороннее