Защитное заземление рельсового надземного кранового пути в системе TN-S

Нередко проектные институты опускают детальную проработку заземления рельсового пути, ссылаясь на общие требования ПУЭ [1]. В свою очередь, глава 1.7 ПУЭ не регламентирует частный вопрос устройства заземления крановых путей. Монтажные организации, зачастую вынуждены самостоятельно разрабатывать технологические карты в данном вопросе, опираясь на требования ГОСТ 56944 – 2016 [2]. В конечном счёте, результат работ не отличается единообразием, и возникают вполне обоснованные сомнения относительно надёжности реализованных мер заземления.

Режим заземления нейтрали трансформаторов имеет важное значение для технологических процессов в электрических сетях, в том числе и для целей электробезопасности. Выделяют пять способов заземления:

• Электрическая сеть с изолированной нейтралью;
• Электрическая сеть с резистивным заземлением;
• Электрическая сеть с компенсированной нейтралью;
• Электрическая сеть с глухо заземлённой нейтралью;
• Электрическая сеть с эффективно заземлённой нейтралью.

Электрическая сеть с изолированной нейтралью Z_N = ∞ – режим, предполагающий отсутствие электрической связи нейтрали трансформатора с землёй.

Электрическая сеть с резистивным заземлением  Z_N = R – между нейтралью трансформатора и землёй включено высокоомное активное сопротивление.

Электрическая сеть с компенсированной нейтралью  Z_N = X_L – между нейтралью электрической сети и землёй включено индуктивное сопротивление для компенсации ёмкостных токов сети.

Электрическая сеть с глухо заземлённой нейтралью Z_N = 0 – случай, когда нейтраль электрической сети соединена с землёй.

Электрическая сеть с эффективно заземлённой нейтралью Z_N ≠ 0 – случай, когда для ограничения токов однофазного короткого замыкания нейтрали части трансформаторов электрической сети разземляют.

Электрическая сеть, имеющая непосредственное металлическое соединение с землёй называется электрической сетью с глухо заземлённой нейтралью [3, с. 56 – 98]. Согласно ПУЭ (п.1.7.5.) «глухо заземлённая нейтраль – это нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая непосредственно к заземляющему устройству…».

ПУЭ (п. 1.7.2.) выделяет электроустановки напряжением свыше 1 кВ, работающие с глухо заземлённой и эффективно заземлённой нейтралью (электрические сети 0,66 кВ и 110 кВ), а также электроустановки напряжением до 1 кВ (электрическая сеть 0,4 кВ). Сети 0,4 кВ не допускаются к работе без заземления нейтрали.

Система TN: нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части ЭУ присоединены к глухо заземлённой нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

Система TN-С: нулевой защитный и нулевой функциональный проводники объединены в одном проводнике на всём протяжении системы;

Система TN-S: на всём протяжении системы нулевой функциональный и нулевой защитный проводники разделены.

Система TN-C-S: функции нулевого защитного и функционального проводников совмещены на участке от источника питания до электроустановки, а далее проводники разделяются.

Система IT: нейтраль изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление, а открытые проводящие части заземлены.

Система TT: нейтраль источника питания глухо заземлена, открытые проводящие части заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически несвязанного с глухо заземлённой нейтралью источника.

Заземление – «преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством» [1, с. 56 – 85].

Функциональное заземление [1, с. 56 – 85]  – «заземление точки или точек токоведущих частей, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности)».

Защитное заземление [1, с. 56 – 85] – «заземление, выполняемое в целях электробезопасности».

Защитное зануление [1, с. 56 – 85] – «в электроустановкх до 1 кВ – преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухо заземлённой нейтралью генератора или трансформатора в сетях трёхфазного тока…выполняемое в целях электробезопасности».

В целях электробезопасности ПУЭ требуют выполнение мер по уравниванию и выравниванию потенциалов. Уравнивание потенциалов [1, с. 56 – 85] – «электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциала»; выравнивание потенциалов [1, с. 56 – 85] – «снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, полу или на поверхности и присоединённых к заземляющему устройству, или путём применения специальных покрытий земли». Заземляющее устройство [1, с. 56 – 85] – «совокупность заземлителя и заземляющих проводников». Заземлитель [1, с. 56 – 85] – «проводящая часть или совокупность соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду». В целях уравнивания потенциалов проводящие части объединяются посредством отдельных заземляющих проводников с заземлителем; частью заземляющего устройства является главная заземляющая шина (ГЗШ), которая согласно [1, с. 56 – 85] предназначена для присоединения нескольких защитных проводников с целью заземления и уравнивания потенциалов.

Надземный рельсовый крановый путь может иметь профиль специального рельса (например, специальный крановый рельс) или профиль квадратного сечения (полнотелый квадрат 50х50 мм). Применение конкретного профиля накладывает ограничения, а именно: рельс запрещено приваривать к подкрановой балке согласно [2, с. 13]. Рельсовый путь состоит из двух рельсовых нитей, расположенных параллельно друг другу, стыкуются рельсы в одну нить через стыковочные пластины на болтовом соединении. Располагаясь в пролёте здания и опираясь на подкрановую балку двутавтрового сечения, рельсовый путь, в свою очередь, может опираться как на консоль железобетонной колонны, так и на консоль металлической конструкции. Последнее обстоятельство определяется конструктивным исполнением самого здания. В первом случае, железобетонная конструкция колон требует отдельно заземлить видимым заземлением каждую нить путь к контуру заземления проводником достаточного сечения.

В отношении рельсового кранового пути [2, с. 6] предписывает необходимость создания надёжной и непрерывной электрической цепи между рельсами и стыками рельсов одной нити пути посредством сварки, приварки перемычек достаточного сечения, приваркой к металлическим подкрановым балкам. То же требование содержит ПУЭ. Однако сложность возникает в том, что в процессе монтажа в зданиях из металлоконструкций непрерывную электрическую цепь создают через связь рельсов кранового пути и металлоконструкции здания, считая устройство перемычек между стыками рельсов избыточным. Возникает противоречие между требованиями проектной и нормативной документации и фактической схемой исполнения.

Работоспособность и надёжность исполнения заземления кранового пути таким способом ставятся под сомнение в случае, когда согласно [2, с. 6] краны, использующие данный путь, требуется регистрировать в органах федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор). Наличие протоколов и удовлетворительные значения электрических измерений сопротивления заземления, и наличие электрической связи между металлическими частями рельсового кранового пути и металлоконструкциями здания – всё это не является основанием для безоговорочного принятия допущенных при монтаже отступлений от требований проекта. По этой причине, владелец кранового пути должен следовать определённой технологии монтажа кранового пути в части устройства работоспособного и надёжного заземления, которое, с одной стороны, удовлетворяет нормам безопасности и защищает человека от поражения электрическим током, а с другой стороны, - позволяет инспектору Ростехнадзора сделать однозначное заключение о соответствии требованиям.

Таким образом, рельсовый крановый путь в зданиях из металлоконструкций определённо является частью этого здания и его интегрирование закладывается на этапе проектных изысканий. Металлические элементы здания также определённо заземляются, т.е. имеют связь с контуром заземления. Физический контакт рельса, лежащего на стальной подкрановой балке, обеспечивается металлическими прижимными пластинами на болтовых соединениях; подкрановая балка, в свою очередь, сварена с преднамеренно заземлёнными стальными опорными колоннами. Тем не менее, если связь рельсов и металлоконструкций обеспечивается и болтовым и сварным соединением, то связь рельсов между собой обеспечивается стыковочной накладкой креплением на болтах. Как правило, для целей рихтовки и дальнейшего замены участка рельсового пути, рельсы нельзя приваривать к подкрановым балкам [6, с. 64]. Тогда для того, чтобы одна нить пути была надёжно электрически связана необходимо места стыков, поверх стыковочных пластин, соединять дополнительно шунтирующей перемычкой [6, с. 60 – 64]. При пяти проводной системе (система TN-S) нет необходимости отдельно подключать проводник PE к какой-либо части крана или кранового пути.

1. Библия электрика: ПУЭ, ПОТЭЭ, ПТЭЭП. – 7-е издание. – Москва: Эксмо, 2020. – 752 с. – (Актуальное законодательство).
2. ГОСТ Р 56944-2016 «Краны грузоподъёмные. Пути рельсовые крановые надземные. Общие технические условия».
3. Ершов А.М. Системы электроснабжения. Часть 1 : Основы электроснабжения: курс лекций / А.М. Ершов. – Челябинск: Издательский центр  ЮУрГУ, 2017. – 245 с.
4. Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ / Под редакцией И.Т. Горюнова и др. – М.: Папирус про, 2017. - 608 с.
5. Найфельд М.Р. Заземление и другие защитные меры. Изд. 3-е перераб. и доп. М., «Энергия», 1975. 104 с.
6. СТО НОСТРОЙ 2.2.78-2012 «Крановые пути. Требования к устройству, строительству и безопасной эксплуатации надземных крановых путей».