Блуждающие токи из-за параллельных путей N-PE — почему вторая точка заземления на нейтрали опасна

Гид о §543.4 — минимальном сечении и запрете коммутации PEN-проводника и гид об обрыве PEN-проводника в TN-C-S рассматривают два известных риска, связанных с PEN: слишком тонкий PEN-проводник и его полный обрыв. Эта статья рассматривает третью, менее известную, но на практике регулярно встречающуюся проблему: что происходит, когда нейтраль (N) после точки разделения всё же соединяется во второй точке с землёй или со сторонней проводящей частью — не из-за обрыва, а из-за дополнительного, непреднамеренного соединения.

Принцип: одна точка разделения, и далее строгое разделение

В установке TN-C-S объединённый PEN-проводник разделяется ровно в одной точке — обычно на главном вводе — на отдельный нейтральный проводник (N) и защитный проводник (PE), как рассмотрено в гиде о PEN-проводнике. От этой точки разделения N и PE должны оставаться строго разделёнными: нейтральный проводник впредь нигде больше не должен соединяться с защитным проводником, с главной заземляющей шиной или с какой-либо иной заземлённой или сторонней проводящей частью.

Как возникает второе, непреднамеренное соединение N-PE

На практике такое нежелательное второе соединение редко возникает намеренно, а появляется окольным путём:

• Электрик по ошибке соединяет нейтральную шину в распределительном щите с заземляющей шиной этого же шкафа («ошибочное повторное соединение»).
• Здание фактически заземлено более чем в одной точке через строительную арматуру, которая в нескольких точках соединена как с главной заземляющей шиной PE, так и с точкой нейтрали.
• Два здания, питаемые от одного источника, имеют общую металлическую трубу, заземлённую в обоих местах, — например, водопроводную трубу или кабельный лоток, — из-за чего между двумя зданиями возникает параллельный путь наряду с фактическим N-проводником в питающем кабеле.
• Экран кабеля данных между двумя зданиями, подключённый к местной заземляющей шине с обеих сторон (см. также гид о заземлении экрана кабеля), образует сопоставимый дополнительный путь, если обе заземляющие шины также соединены с нейтральным проводником своей установки через сеть.

Почему это вызывает блуждающие токи

Как только возникает такой второй путь N-PE или N-земля, нормальный рабочий ток нейтрального проводника уже не обязан полностью возвращаться к источнику через предназначенный для этого нейтральный проводник: часть этого тока — тем больше, чем больше асимметрия между фазами и чем ниже импеданс альтернативного пути, — течёт по непреднамеренному параллельному пути: через строительную арматуру, водопроводную трубу, экран кабеля или другую стороннюю проводящую часть, которая никогда не предназначалась для передачи рабочего тока. Этот блуждающий ток (в англоязычной литературе также называемый objectionable current) может иметь различные последствия:

• Нежелательное срабатывание УЗО: УЗО измеряет разницу между током, идущим через фазу, и током, возвращающимся через нейтраль; если часть этого тока нейтрали течёт по параллельному пути вместо собственного нейтрального проводника через УЗО, устройство фиксирует это как кажущийся ток утечки и может сработать неправильно, без фактического повреждения изоляции.
• Коррозия: постоянная составляющая тока или асимметричная составляющая переменного тока через подземную металлическую трубу (например, водопроводную трубу, действующую как непреднамеренный обратный путь) может ускорить гальваническую коррозию в месте, где этот ток снова покидает трубу.
• Повышенное напряжение прикосновения при нормальной работе: сторонние проводящие части, которые в норме должны быть беспотенциальными, могут из-за блуждающего тока приобрести небольшое, но при пиковой нагрузке иногда заметное напряжение относительно земли, даже без фактического повреждения изоляции где-либо.

Отличие от обрыва PEN

Этот механизм явно отличается от обрыва PEN-проводника: при обрыве как раз отсутствует обратный путь, что приводит к опасному повышению напряжения; при параллельном пути N-PE, напротив, появляется дополнительный, непреднамеренный обратный путь наряду с предусмотренным путём — сам нейтральный проводник остаётся целым, но невольно делит свою функцию с другой проводящей частью, не предназначенной для этого.

Практическая значимость

При оценке существующей установки TN-C-S, особенно для зданий, соединённых между собой через строительную арматуру, трубопроводы или кабели данных, важно явно проверить, действительно ли нейтральный проводник после точки разделения нигде повторно не соединён с землёй или со сторонней проводящей частью — измерение тока через стороннюю проводящую часть, которая в норме должна быть беспотенциальной (например, токовыми клещами вокруг водопроводной трубы или экрана кабеля), может выявить такой параллельный путь.

Типичные ошибки

1. Рассматривать проблему блуждающего тока как обрыв PEN, тогда как лежащий в основе механизм — дополнительный, параллельный путь вместо отсутствующего пути — а значит, и решение, принципиально иные.
2. По ошибке соединять нейтральную шину распределительного щита с заземляющей шиной того же шкафа, полагая, что это «дополнительная безопасность», тогда как это создаёт запрещённое второе соединение N-PE.
3. Не учитывать строительную арматуру, трубопроводы или экраны кабелей между зданиями как возможные непреднамеренные параллельные пути и искать проблему исключительно в самих кабелях установки.
4. Приписывать нежелательное срабатывание УЗО неисправности самого УЗО, не исследуя, не является ли параллельный путь N-PE в другом месте установки истинной причиной.

См. также

• §543.4 — PEN-проводник: минимальное сечение и запрет коммутации
• Обрыв PEN-проводника в TN-C-S
• Заземление экрана кабеля — одностороннее или двустороннее
• Практическая проверка непрерывности PEN