Блукаючі струми через паралельні шляхи N-PE — чому друга точка заземлення на нейтралі небезпечна

Гід про §543.4 — мінімальний переріз і заборону комутації PEN-провідника та гід про обрив PEN-провідника в TN-C-S розглядають два відомі ризики, пов'язані з PEN: занадто тонкий PEN-провідник і його повний обрив. Ця стаття розглядає третю, менш відому, але на практиці таку, що регулярно трапляється, проблему: що відбувається, коли нейтраль (N) після точки розділення все ж з'єднується у другій точці із землею або зі сторонньою провідною частиною — не через обрив, а через додаткове, ненавмисне з'єднання.

Принцип: одна точка розділення, і далі суворе розділення

В установці TN-C-S об'єднаний PEN-провідник розділяється рівно в одній точці — зазвичай на головному вводі — на окремий нейтральний провідник (N) і захисний провідник (PE), як розглянуто в гіді про PEN-провідник. Від цієї точки розділення N і PE повинні залишатися суворо розділеними: нейтральний провідник надалі ніде більше не повинен з'єднуватися із захисним провідником, з головною заземлювальною шиною або з будь-якою іншою заземленою чи сторонньою провідною частиною.

Як виникає друге, ненавмисне з'єднання N-PE

На практиці таке небажане друге з'єднання рідко виникає навмисно, а з'являється обхідним шляхом:

• Електрик помилково з'єднує нейтральну шину в розподільному щиті із заземлювальною шиною цієї ж шафи («помилкове повторне з'єднання»).
• Будівля фактично заземлена більш ніж в одній точці через будівельну арматуру, яка в кількох точках з'єднана як з головною заземлювальною шиною PE, так і з точкою нейтралі.
• Дві будівлі, що живляться від одного джерела, мають спільну металеву трубу, заземлену в обох місцях, — наприклад, водопровідну трубу чи кабельний лоток, — через що між двома будівлями виникає паралельний шлях поряд із фактичним N-провідником у живильному кабелі.
• Екран кабелю даних між двома будівлями, підключений до місцевої заземлювальної шини з обох боків (див. також гід про заземлення екрана кабелю), утворює порівнянний додатковий шлях, якщо обидві заземлювальні шини також з'єднані з нейтральним провідником своєї установки через мережу.

Чому це викликає блукаючі струми

Щойно виникає такий другий шлях N-PE чи N-земля, нормальний робочий струм нейтрального провідника вже не зобов'язаний повністю повертатися до джерела через призначений для цього нейтральний провідник: частина цього струму — тим більша, чим більша асиметрія між фазами і чим нижчий імпеданс альтернативного шляху, — тече паралельним ненавмисним шляхом: через будівельну арматуру, водопровідну трубу, екран кабелю чи іншу сторонню провідну частину, яка ніколи не призначалася для передачі робочого струму. Цей блукаючий струм (в англомовній літературі також званий objectionable current) може мати різні наслідки:

• Небажане спрацювання ПЗВ: ПЗВ вимірює різницю між струмом, що йде через фазу, і струмом, що повертається через нейтраль; якщо частина цього струму нейтралі тече паралельним шляхом замість власного нейтрального провідника через ПЗВ, пристрій фіксує це як позірний струм витоку і може спрацювати неправильно, без фактичного пошкодження ізоляції.
• Корозія: постійна складова струму чи асиметрична складова змінного струму через підземну металеву трубу (наприклад, водопровідну трубу, що діє як ненавмисний зворотний шлях) може прискорити гальванічну корозію в місці, де цей струм знову залишає трубу.
• Підвищена напруга дотику при нормальній роботі: сторонні провідні частини, які в нормі повинні бути безпотенційними, можуть через блукаючий струм набути невелику, але при піковому навантаженні іноді помітну напругу відносно землі, навіть без фактичного пошкодження ізоляції десь-небудь.

Відмінність від обриву PEN

Цей механізм явно відрізняється від обриву PEN-провідника: при обриві саме відсутній зворотний шлях, що призводить до небезпечного підвищення напруги; при паралельному шляху N-PE, навпаки, з'являється додатковий, ненавмисний зворотний шлях поряд із передбаченим шляхом — сам нейтральний провідник залишається цілим, але мимоволі ділить свою функцію з іншою провідною частиною, не призначеною для цього.

Практична значущість

При оцінці існуючої установки TN-C-S, особливо для будівель, з'єднаних між собою через будівельну арматуру, трубопроводи чи кабелі даних, важливо явно перевірити, чи дійсно нейтральний провідник після точки розділення ніде повторно не з'єднаний із землею чи зі сторонньою провідною частиною — вимірювання струму через сторонню провідну частину, яка в нормі повинна бути безпотенційною (наприклад, струмовими кліщами навколо водопровідної труби чи екрана кабелю), може виявити такий паралельний шлях.

Типові помилки

1. Розглядати проблему блукаючого струму як обрив PEN, тоді як механізм, що лежить в основі, — додатковий, паралельний шлях замість відсутнього шляху — а отже, і рішення, принципово інші.
2. Помилково з'єднувати нейтральну шину розподільного щита із заземлювальною шиною тієї ж шафи, вважаючи, що це «додаткова безпека», тоді як це створює заборонене друге з'єднання N-PE.
3. Не враховувати будівельну арматуру, трубопроводи чи екрани кабелів між будівлями як можливі ненавмисні паралельні шляхи і шукати проблему виключно в самих кабелях установки.
4. Приписувати небажане спрацювання ПЗВ несправності самого ПЗВ, не досліджуючи, чи не є паралельний шлях N-PE в іншому місці установки справжньою причиною.

Дивіться також

• §543.4 — PEN-провідник: мінімальний переріз і заборона комутації
• Обрив PEN-провідника в TN-C-S
• Заземлення екрана кабелю — одностороннє чи двостороннє
• Практична перевірка безперервності PEN