Заземление солнечной станции: системы TN-C-S и TT
На солнечной станции заземляют всё металлическое, что в нормальном режиме не находится под напряжением: рамы панелей, несущую конструкцию, корпуса инвертора и аккумулятора, шины щитов. Сами токоведущие проводники панелей — плюс и минус — у современных инверторов не заземляют. А вот какие защитные аппараты нужны и как подключать резервный выход гибридного инвертора, зависит от системы заземления дома: TN-C-S или TT. Ниже — что именно соединять с землёй, как это сделать надёжно и чем две системы отличаются на практике.
Что заземляют и зачем
| Что | Куда подключают | Зачем |
|---|---|---|
| Рамы панелей и направляющие | Проводником уравнивания потенциалов к главной заземляющей шине дома | При повреждении изоляции кабеля рама не окажется под напряжением стринга, а инвертор заметит утечку |
| Корпус инвертора | Жила PE кабеля переменного тока и отдельный болт заземления на корпусе | Защита от прикосновения, работа фильтров и встроенной защиты |
| Корпус аккумулятора, батарейный шкаф | На ту же шину | Защита от прикосновения |
| УЗИП обеих сторон | Кратчайшим проводом к шине PE щита | Сброс импульса в землю |
| Металлические лотки и трубы с кабелем | На ту же шину | Чтобы повреждённый кабель не оставил их под напряжением |
| Плюс и минус панелей | Не заземляют | Массив изолирован от земли; инвертор перед запуском измеряет сопротивление изоляции |
Последняя строка важна для понимания. В инверторе без трансформатора панели гальванически связаны с сетью, и заземлять один из полюсов нельзя. Зато заземлённая рама превращает скрытый дефект — перетёртый кабель, воду в коннекторе — в измеримую утечку, которую инвертор обнаружит и не запустится.
Как заземлить рамы, чтобы контакт действительно был
- Анодированный слой — изолятор. Рама панели и направляющая покрыты плёнкой, которая ток не проводит. Простое прижатие контакта не даёт. Нужны детали, которые прорезают плёнку: заземляющие пластины с зубцами под прижим, зубчатые шайбы или болт в отверстие рамы, отмеченное знаком заземления.
- Непрерывность цепи. Отдельные направляющие соединяют перемычками или соединителями, которые обеспечивают электрический контакт. Рассчитывать на то, что «всё и так металлическое», нельзя.
- Медь с алюминием напрямую не соединяют. Во влажной среде эта пара корродирует. Используют лужёные наконечники, нержавеющий крепёж, переходные шайбы.
- Сечение проводника. На практике — медь 6 мм²; если конструкцию соединяют с молниезащитой — 16 мм². Точное значение определяет проектировщик по ПУЭ. Проводник на крыше должен быть стойким к ультрафиолету или защищён.
- Одна система, а не две. Отдельный штырь возле панелей «для станции», не связанный с шиной дома, — ошибка. При близком разряде молнии потенциалы двух «земель» расходятся на киловольты, и эта разность приходится на инвертор.
Заземляющие пластины и зажимы входят в состав крепёжных систем; их можно найти в разделе аксессуаров для крепежа.
TN-C-S и TT: в чём разница
TN-C-S. От подстанции к дому идут фазные провода и совмещённый проводник PEN — он одновременно нулевой рабочий и защитный. На вводе в дом его разделяют на N и PE, а место разделения по требованию ПУЭ повторно заземляют. При замыкании фазы на корпус ток возвращается по металлическому проводнику, он велик, и автомат отключает линию за доли секунды.
Слабое место системы — обрыв PEN на линии до дома. Тогда корпуса всех приборов, подключённых к PE, через включённые нагрузки оказываются под напряжением, близким к фазному. На старых воздушных линиях с голыми проводами этот риск реален; на современных линиях с изолированным проводом и повторными заземлениями вдоль трассы он заметно ниже.
TT. Защитный проводник дома подключён только к собственному заземлителю и с нейтралью сети не связан. Обрыв нейтрали на линии корпусов не касается. Плата за это — малый ток замыкания: он возвращается к подстанции через грунт, и автомат его не почувствует. Отключить повреждение может только УЗО. ПУЭ допускают систему TT там, где условия электробезопасности в системе TN обеспечить нельзя, и требуют при этом защиты устройствами защитного отключения.
Условие согласования простое: произведение сопротивления заземлителя на ток срабатывания УЗО не должно превышать 50 В. Отсюда предельное сопротивление:
- для УЗО на 300 мА: 50 ÷ 0,3 ≈ 167 Ом;
- для УЗО на 100 мА: 50 ÷ 0,1 = 500 Ом;
- для УЗО на 30 мА: 50 ÷ 0,03 ≈ 1 667 Ом.
Это пределы, а не цель. На практике контур делают намного лучше — единицы или десятки ом: низкое сопротивление нужно уже не для УЗО, а для работы защиты от перенапряжений.
| Признак | TN-C-S | TT |
|---|---|---|
| Куда подключён PE дома | К проводнику PEN сети на вводе и к повторному заземлителю | Только к своему заземлителю |
| Что отключает замыкание на корпус | Автомат; УЗО — дополнительная защита | Только УЗО |
| Главный риск | Обрыв PEN на линии | Неисправное УЗО, плохой контур |
| Схема включения УЗИП | Защитные элементы между фазами и PE | Схема с разрядником между N и PE |
| Где встречается | Современные линии, новые посёлки | Старые воздушные линии, отдельно стоящие постройки |
Какая система должна быть в конкретном доме, определяют технические условия сетевой организации и проект. Менять её самостоятельно, переставляя перемычки в щите, нельзя.
Что меняет солнечная станция
Сетевой инвертор встраивается в существующую систему как ещё один потребитель со своим защитным проводником. Различие одно: в TT на его линии обязательно стоит УЗО подходящего типа — какого именно, разобрано в статье УЗО и солнечная станция.
Гибридный инвертор с резервным выходом сложнее. При пропадании сети он отключается от неё внутренним реле и питает выбранные линии сам. У многих моделей реле размыкает и нейтраль. Тогда резервная часть дома остаётся без связи нейтрали с землёй: приборы работают, но УЗО на этих линиях перестаёт выполнять свою задачу, потому что току утечки некуда замкнуться. На этот случай производители предусматривают соединение нейтрали резервного выхода с защитным проводником на время автономной работы — встроенным реле, внешним контактором по схеме из руководства или неразрывной нейтралью. Какой способ допустим, зависит и от модели, и от системы заземления дома; делать это нужно строго по руководству инвертора. Об устройстве таких инверторов — в статье гибридный инвертор: что это и как выбрать.
Наземная установка в десятках метров от дома получает собственный заземлитель возле конструкции — им могут служить сами стальные сваи. Но этот заземлитель обязательно соединяют с шиной дома проводником, проложенным вдоль кабельной трассы. Иначе снова получаются две независимые «земли». Об остальном — в статье про наземную установку панелей.
Контур заземления: что проверить
- Заземлитель — вертикальные электроды, соединённые горизонтальной полосой, из оцинкованной, омеднённой или нержавеющей стали. Соединения в земле — сварка или специальные зажимы с защитой от коррозии.
- Сопротивление измерено прибором после монтажа, результат записан. В сухой сезон и зимой оно выше, чем весной.
- Проводник от заземлителя приходит на главную заземляющую шину, туда же — проводники от рам, инвертора, УЗИП, металлических труб.
- Контакты на крыше осматривают раз в год: ослабший болт или коррозия под наконечником сводят заземление рам к нулю.
Если у дома есть молниезащита, её заземлитель и заземлитель электроустановки, как правило, объединяют — подробности в статье о молниезащите дома с солнечными панелями.
Частые вопросы
Как узнать, какая система заземления в моём доме?
Посмотреть вводной щит вместе с электриком. Если приходящий с линии нулевой проводник на вводе соединён с шиной PE и с заземлителем — это TN-C-S. Если шина PE подключена только к собственному контуру, а ноль идёт отдельно — TT. Если защитного проводника нет вовсе, начинать нужно с приведения проводки в порядок, а не со станции.
Нужно ли заземлять рамы, если панели имеют двойную изоляцию?
Да. Рама — большая проводящая поверхность рядом с кабелями под напряжением в сотни вольт, и производители панелей прямо требуют её заземления в инструкции по монтажу.
Инвертор пишет об ошибке изоляции. Виновато заземление?
Наоборот, заземление помогло её увидеть. Сообщение означает утечку с плюса или минуса на землю: вода в коннекторе, повреждённый кабель, трещина в панели. Искать нужно на стороне постоянного тока.
Можно ли использовать как заземлитель водопровод или арматуру фундамента?
Арматура железобетонного фундамента, имеющая надёжный контакт с грунтом, считается естественным заземлителем, но подключение к ней должно быть предусмотрено и проверено измерением. Трубы водопровода сегодня часто пластиковые, рассчитывать на них нельзя.