Защитный проводник (PE): что это такое, обозначение, сечение, требования

Что такое защитный проводник (PE)?

Защитный проводник (PE) (protective conductor), согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1], — это проводник, предназначенный для целей электрической безопасности, например, для защиты от поражения электрическим током. Не является токопроводящим проводником и никогда не должен находится под напряжением при нормальных условиях. Имеет в народе жаргонизмы — «провод заземления», «нулевой защитный проводник», что некорректно. В национальной нормативной и правовой документации, распространяющейся на низковольтные электроустановки, иногда вместо термина «защитный проводник» используют его обозначение «PE-проводник».

Харечко Ю.В. в своей книге [2] поясняет, почему следует употреблять термин «защитный проводник», а не термин «нулевой защитный проводник»:

« В подавляющем большинстве случаев при осуществлении мер по защите от поражения электрическим током в электроустановках зданий используются особые проводники, которые в нормативной документации называют защитными проводниками. Защитный проводник, соединенный с заземленной токоведущей частью источника питания, например с заземленной нейтралью трансформатора, в национальной нормативной документации называют нулевым защитным проводником. Однако это наименование следует исключить из употребления, поскольку ни в МЭС, ни в стандартах и других документах МЭК нет такого термина. »

[2]

Применение

О применении защитных проводников, наиболее ёмко, на мой взгляд, написал Харечко Ю.В. в своей книге [2]:

« Защитные проводники применяют в низковольтных электрических системах и переменного, и постоянного тока, а также в электроустановках зданий, которые входят в состав этих систем. »

[2]

Далее приводятся конкретные примеры использования защитных проводников в различных системах.

В системах TN-S переменного и постоянного тока, как, например, показано на рисунках 1А и 1Б соответственно, защитные проводники «начинаются» от заземленных токоведущих частей источников питания.

Система TN-S трехфазная четырехпроводная
Рис. 1А. Система TN-S трехфазная четырехпроводная с разделенными нейтральным проводником и защитным проводником во всей системе (на основе рисунка 31А1 из ГОСТ 30331.1-2013)
Система TN-S постоянного тока трехпроводная
Рис. 1Б. Система TN-S постоянного тока трехпроводная (на основе рисунка 31H из ГОСТ 30331.1-2013)

В системах TN-C-S переменного тока, как, например, показано на рисунке 2А защитные проводники «начинаются» от точек разделения РЕN-проводников на защитные и нейтральные проводники. В системах TN-C-S переменного тока защитные проводники могут также «начинаться» от точек разделения РЕL-проводников на защитные и фазные проводники (см. рисунок 2Б.

В системах TN-C-S постоянного тока, как показано на рисунке 2В, защитные проводники «начинаются» от точек разделения РЕL-проводника на защитный и полюсный проводники и РЕM-проводника на защитный и средний проводники.

Система TN-C-S трехфазная четырехпроводная
Рис. 2А. Система TN-C-S трехфазная четырехпроводная, в которой PEN-проводник разделен на защитный проводник PE и нейтральный проводник N где-то в электроустановке (на основе рисунка 31B1 из ГОСТ 30331.1-2013)
Система TN-C-S однофазная двухпроводная с разделением PEL-проводника
Рис. 2Б. Система TN-C-S однофазная двухпроводная с разделением PEL-проводника на заземленный линейный проводник и защитный проводник для части электроустановки (на основе рисунка 2 из книги [2] Харечко Ю.В.)
Система TN-C-S постоянного тока трехпроводная
Рис. 2В. Система TN-C-S постоянного тока трехпроводная (на основе рисунка 31K из ГОСТ 30331.1-2013)

В системах TT (рисунки 3А и 3Б) и IT переменного и постоянного тока (рисунок 4) защитные проводники «начинаются» от заземляющих устройств низковольтных электроустановок.

Система TT трехфазная четырехпроводная
Рис. 3А. Система TT трехфазная четырехпроводная с заземленным защитным проводником и нейтральным проводником во всей системе (на основе рисунка 31F1 из ГОСТ 30331.1-2013)
Система TT постоянного тока трехпроводная
Рис. 3Б. Система TT постоянного тока трехпроводная (на основе рисунка 31L из ГОСТ 30331.1-2013)
Система IT постоянного тока трехпроводная
Рис. 4. Система IT постоянного тока трехпроводная (на основе рисунка 31M из ГОСТ 30331.1-2013)

Примеры защитных проводников и их назначение

Примеры защитных проводников, согласно ГОСТ Р 50571.5.54-2013 [3], включают в себя: защитный проводник уравнивания потенциалов, используемый для выполнения защитного уравнивания потенциалов, защитный заземляющий проводник, который применяют для выполнения защитного заземления. Защитными проводниками также являются РЕN-, РЕM- и РЕL-проводники, которые, во-первых, выполняют функции защитных заземляющих проводников и, во-вторых, нейтральных, средних и линейных проводников.

Обратимся к книге [2], автор которой Ю.В. Харечко более подробно описывает назначение различных защитных проводников:

« Посредством защитных проводников, РЕN-, РЕM- и РЕL-проводников в системах TN-C, TN-S и TN-C-S осуществляют соединение открытых проводящих частей электрооборудования класса I, применяемого в электроустановках зданий, с заземленными токоведущими частями источников питания. Поскольку любой из указанных проводников должен быть заземлен на вводе в электроустановку здания, с помощью защитных проводников, РЕN-, РЕM- и PEL-проводников открытые проводящие части электрооборудования класса I присоединяют к заземляющим устройствам электроустановок зданий. Посредством защитных проводников в электроустановках зданий, соответствующих типам заземления системы TT и IT, открытые проводящие части электрооборудования класса I соединяют с заземляющими устройствами электроустановок зданий. »

[2]

« Посредством защитных проводников уравнивания потенциалов в зданиях осуществляют электрическое соединение между собой сторонних проводящих частей и их присоединение к заземляющим устройствам электроустановок зданий. При выполнении дополнительного уравнивания потенциалов защитными проводниками уравнивания потенциалов соединяют открытые проводящие части электрооборудования класса I со сторонними проводящими частями в помещениях здания, которые характеризуются повышенной опасностью, например, имеют проводящие полы. »

[2]

На рисунке 5 представлена схематическая иллюстрация видов защитных проводников, применяемых в электроустановке здания, и основные виды проводящих частей, к которым присоединяют защитные проводники.

Заземляющие и защитные проводники
Рис. 5. Заземляющие и защитные проводники (на основе рисунка 8 из книги [2] Харечко Ю.В.)

На рисунке 5 следующие обозначения:

  • 1 – защитный проводник;
  • 2 – главный проводник уравнивания потенциалов;
  • 3 – заземляющий проводник;
  • 4 – проводник дополнительного уравнивания потенциалов;
  • B – главный заземляющий зажим;
  • M – открытая проводящая часть;
  • C – сторонняя проводящая часть;
  • P – металлическая труба водопровода;
  • T – заземлитель

На рисунке 6 устройство защитных проводников показано более подробно (эта схема взята из ГОСТ Р 50571.5.54-2013).

Примеры заземляющего устройства заземляющих электродов фундамента
Рис. 6. Примеры заземляющего устройства, заземляющих электродов фундамента, защитных проводников и защитных проводников уравнивания потенциалов (на основе рисунка В.54.1 из [4])

На рисунке 6 следующие обозначения:

  • C – сторонняя проводящая часть;
  • C1 – водопроводная труба, металлическая снаружи;
  • C2 – канализационная труба, металлическая снаружи;
  • C3 – газопроводная труба с изолирующей вставкой, металлическая снаружи;
  • C4 – кондиционирование воздуха;
  • C5 – система отопления;
  • C6 – металлическая водопроводная труба (например, в ванной комнате);
  • C7 – металлическая канализационная труба (например, в ванной комнате);
  • D – изолирующая вставка;
  • НРУ – низковольтное распределительное устройство;
  • ГЗЗ – главный заземляющий зажим;
  • SEBT – зажим дополнительного уравнивания потенциалов;
  • T1 – заземляющий электрод фундамента, заделанный в бетон или грунт;
  • T2 – заземляющий электрод для системы молниезащиты, если необходимо;
  • LPS – система молниезащиты, при ее наличии;
  • PE – защитный зажим (зажимы) в низковольтном распределительном устройстве;
  • PE/PEN – защитный или PEN зажим (зажимы) в главном низковольтном распределительном устройстве;
  • M – открытая проводящая часть;
  • 1 – защитный заземляющий проводник (PE);
  • 1а – защитный проводник или PEN-проводник от питающей сети, при его наличии;
  • 2 – защитный проводник уравнивания потенциалов для присоединения к главному заземляющему зажиму;
  • 3 – защитный проводник дополнительного уравнивания потенциалов;
  • 4 – проводник токоотвода системы молниезащиты (LPS), при его наличии;
  • 5 – заземляющий проводник.

Требования

Поскольку защитные проводники применяют в составе мер защиты от поражения электрическим током, к их характеристикам, исполнению и техническому состоянию нормативные и правовые документы предъявляют специальные требования.

Об основных требованиях, которые предъявляются к защитным проводникам пишет Харечко Ю.В. в своей книге [2]:

« Одним из основных требований, предъявляемых к защитным проводникам, является обеспечение непрерывности их электрических цепей. ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (п. 543.3.3) запретил включение коммутационных устройств в электрические цепи защитных проводников. Исключение – штепсельные розетки и вилки, посредством которых осуществляют присоединение переносного, передвижного и другого электрооборудования класса I с разъемным подключением к стационарным электропроводкам. Электрические цепи защитных проводников в разъемных соединениях разрывают вместе с электрическими цепями фазных проводников и нейтрального проводника, полюсных проводников и среднего проводника. »

[2]

Однако требования ГОСТ Р 50571.5.54-2013 [3] допускают наличие в цепях защитных проводников разъемных соединений, которые могут быть разобраны при помощи инструмента для проведения необходимых испытаний. Соединения защитных проводников должны быть доступны для осмотра и испытания, за исключением соединений, заполненных компаундом или герметизированных.

« Защитные проводники должны быть надлежащим образом защищены от механических, химических и электрохимических повреждений, а также от электродинамических усилий, которые появляются при протекании сверхтоков в электрических цепях. »

[2]

Особое внимание следует уделять правильному соединению шлейфом штепсельных розеток, поскольку при этом возможно последовательное включение их защитных контактов в электрическую цепь защитного проводника.

Харечко Ю.В. в своем словаре [2] разъясняет этот «случай» более детально:

« Современные двухполюсные штепсельные розетки, применяемые в однофазных электрических цепях, обычно имеют по два пружинных зажима, предназначенных для подключения фазного, нейтрального и защитного проводников. При подключении защитного проводника электропроводки к первому зажиму защитного контакта первой штепсельной розетки, соединении проводником первого зажима защитного контакта второй штепсельной розетки со вторым зажимом защитного контакта первой, первого зажима защитного контакта третьей штепсельной розетки со вторым зажимом защитного контакта второй и т. д. будет иметь место последовательное включение защитных контактов штепсельных розеток в защитный проводник. В случае соединения штепсельных розеток шлейфом подключение их защитных контактов необходимо производить к ответвлениям от защитного проводника стационарной электропроводки, которые обычно выполняют в установочных коробках. »

[2]

Важные факты [2,3]:

  • В электрических установках запрещено использовать защитный проводник для передачи сигналов (ГОСТ Р 58698—2019).
  • Не требуется непосредственно подключать каждый отдельный защитный проводник к главному заземляющему зажиму (шине), если они электрически связаны с ним через другие защитные проводники.
  • Открытые проводящие части электрооборудования должны быть присоединены к зажиму, предназначенному для защитного проводника.
  • Если для защиты от поражения электрическим током в составе автоматического отключения питания используют устройства защиты от сверхтока, защитные проводники, выполненные одножильными проводами, следует прокладывать в общей оболочке с линейными проводниками или в непосредственной близости от них.

В качестве защитных проводников можно использовать следующие проводящие части [2]:

  • жилы многожильных проводов и кабелей;
  • изолированные или неизолированные одножильные провода;
  • металлические оболочки кабелей;
  • металлические трубы, оболочки и электротехнические короба, в которых размещены проводники некоторых электропроводок, если они имеют достаточную проводимость и обеспечена непрерывность их электрических цепей;
  • некоторые сторонние проводящие части, если они имеют достаточную проводимость, обеспечена непрерывность их электрических цепей и защита от демонтажа;
  • оболочки и рамы низковольтных распределительных устройств класса I и шинопроводов, если они имеют достаточную проводимость, обеспечена непрерывность их электрических цепей, а также возможность подключения других защитных проводников в любом предусмотренном для этого месте.

В п. 543.2.3 действующего стандарта ГОСТ Р 50571.5.54-2013 [3] перечислены проводящие части, которые запрещено использовать в качестве защитных проводников и защитных проводников уравнивания потенциалов:

– металлические водопроводные трубы;
– металлические трубы, содержащие потенциально огнеопасные вещества такие, как газы, жидкости, пыль;
– конструкции, подверженные механическим нагрузкам при нормальной эксплуатации;
– гибкие или мягкие металлические трубы, за исключением специально предназначенных для этих целей;
– гибкие металлические части;
– поддерживающие конструкции проводов, горизонтальные и вертикальные кабельные лотки.

Харечко Ю.В. в своей книге [2] дополняет:

« Как установлено ГОСТ Р 50571.5.54-2013 [3], открытые проводящие части одного электрооборудования, за исключением распределительных устройств и шинопроводов, не допускается использовать в качестве защитных проводников для другого электрооборудования. Запрещено последовательное включение в защитный проводник открытых проводящих частей электрооборудования класса I. Подключение каждой открытой проводящей части электрооборудования класса I следует выполнять отдельным защитным проводником, который формируется, например, как ответвление от защитного проводника стационарной электропроводки в протяжной, ответвительной или установочной коробках. »

[2]

Цветовая и буквенная идентификация

Защитные проводники должны быть идентифицированы посредством двухцветной желто-зеленой комбинации, согласно ГОСТ 33542-2015 [5]. Буквенно-цифровая идентификация защитного проводника должна быть «PE». Эту идентификацию применяют также для защитного заземляющего проводника.

Комбинация желтого и зеленого цветов предназначена только для идентификации защитного проводника.

Буквенно-цифровое обозначение проводников для трехфазных электроустановок зданий
Рис. 7. Буквенно-цифровое обозначение проводников для трехфазных электроустановок зданий

Согласно п. 6.3.2 ГОСТ 33542-2015:

« Желто-зеленая цветовая комбинация должна быть такой, чтобы на любых 15 мм длины проводника, где применяют цветовое обозначение, один из этих цветов покрывал не менее 30% и не более 70% поверхности проводника, а другой цвет покрывал остаток этой поверхности.

Если неизолированные защитные проводники поставляют с окраской, они должны быть окрашены в желто-зеленый цвет или по всей длине каждого проводника, или в каждом отсеке или блоке, или в каждом доступном месте. Если для цветовой идентификации используют липкую ленту, следует применять только двухцветную желто-зеленую ленту. »

[5]

« Если защитный проводник может быть легко идентифицирован посредством его формы, конструкции или положения, например концентрическая жила, допускается не выполнять цветовое обозначение по всей его длине, однако концы и доступные места следует идентифицировать графическим обозначением (смотрите рисунок 8) или желто-зеленой двухцветной комбинацией, или буквенно-цифровым обозначением «РЕ». »

[5]

« Если сторонние проводящие части используют в качестве защитного проводника, допускается не выполнять их идентификацию посредством цветов. »

[5]
Защитный проводник — графическое обозначение
Рис. 8. Идентификация защитного проводника

Важно знать! Согласно п. 6.1 ГОСТ 33542-2015, идентификация посредством цветов или меток не требуется для:

  • металлических оболочек или брони кабелей в случае, когда их используют в качестве защитного проводника;
  • сторонних проводящих частей, используемых в качестве защитного проводника;
    открытых проводящих частей, используемых в качестве защитного проводника.

Сечение

Сечение защитного проводника выбирают по таблице 54.2 из ГОСТ Р 50571.5.54-2013 [3]:

Минимальная площадь поперечного сечения защитных проводников (когда не рассчитывают в соответствии с 543.1.2 ГОСТ Р 50571.5.54-2013/МЭК 60364-5-54:2011)
Сечение медных линейных проводников S, мм2 Минимальное сечение соответствующего защитного проводника, выполненного, мм2
из меди из других металлов
S ≤ 16 S (k1/k2)*S
16 < S ≤ 35 161) (k1/k2)*16
S > 35 S/21) (k1/k2)*(S/2)

k1 — значение коэффициента k для линейного проводника, рассчитанного по формуле приложения А.54.1 ГОСТ Р 50571.5.54 или взятого из таблицы 43А ГОСТ Р 50571.4.43-2012 в соответствии с материалом проводника и изоляции. Если материал проводника медь, то k1 = 226, если алюминий, то k1 = 148, если сталь, то k1 = 78.

k2 — значение коэффициента k для защитного проводника, выбранного из таблиц A.54.2-A.54.6 ГОСТ Р 50571.5.54 в соответствии с условиями применения.

1) Для PEN-проводника, уменьшение сечения возможно только при выполнении ограничений по выбору сечения нейтрального проводника (см. ГОСТ Р 50571.5.52-2011/МЭК 60364-5-52:2009)

Либо рассчитывают в соответствии с пунктом 543.1.2 ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Сечение защитных проводников должно быть не менее чем [3,4]:

  • сечения, выбранного в соответствии с указаниями МЭК 60949;
  • или сечения, рассчитанного по нижеследующей формуле, применяют только при времени отключения сверхтока не более 5 с.
Формула сечения защитного проводника

Где

  • S — сечение, мм2 ;
  • I — действующее значение ожидаемого тока замыкания на землю для повреждения с пренебрежимо малым полным сопротивлением, который может протекать через защитное устройство (см. МЭК 60909-0), А;
  • t — время отключения защитным устройством тока замыкания на землю (тока повреждения), с;
  • k — коэффициент, зависящий от материала защитного проводника, изоляции, прилегающих частей, начальной и конечной температуры.

Коэффициент k в данном случае должно выбираться по таблицам A.54.2-A.54.6 [3], либо рассчитываться по следующей формуле:

Формула расчета коэффициента k
  • Qc — объемная теплоемкость материала проводника при 20 °С, Дж/°С·мм3;
  • β — величина, обратная температурному коэффициенту удельного сопротивления проводника при 0 °C, °C;
  • ρ20 — удельное электрическое сопротивление материала проводника при 20 °C, Ом·мм;
  • θf — конечная температура проводника, °C;
  • θi — начальная температура проводника, °C.
Материал проводникаβ, °CQc , Дж/°С·мм3ρ20, Ом·мм
Медь234,53,45·10-3 17,241·10-6
Алюминий2282,5·10-328,264·10-6
Сталь2023,8·10-3138·10-6
Значения параметров для различных материалов (из таблицы A.54.1 ГОСТ Р 50571.5.54-2013)

Если в результате расчетов получено нестандартное сечение, следует использовать защитный проводник с ближайшим большим стандартным сечением.

Примечания к этому пункту:

1) Следует учитывать токоограничение за счет импеданса цепи и ограничение I2t аппаратом защиты.

2) Указания по ограничению температуры во взрывоопасных средах приведены в МЭК 60079-0.

3) Для кабелей с минеральной изоляцией (МЭК 60702-1) в случае, когда стойкость к току короткого замыкания металлической оболочки кабеля больше, чем у линейных проводников, не требуется рассчитывать сечение металлической оболочки, используемой в качестве защитного проводника.

Важно! В соответствии с пунктом 543.1.3 ГОСТ Р 50571.5.54-2013 сечение любого защитного проводника, который не является жилой кабеля или не проложен в общей оболочке с линейными проводниками, должно быть не менее:

  • 2.5 мм2 (медь) или 16 мм2 (алюминий) , если есть механическая защита;
  • 4 мм2 (медь) или 16 мм2 (алюминий), если механическая защита отсутствует.

То есть, другими словами:

« Во всех случаях, когда защитные проводники не входят в состав многожильного кабеля, их минимальное сечение по меди должно быть 2,5 мм2 при наличии механической защиты и 4,0 мм2 при ее отсутствии. Сечение отдельно проложенных защитных проводников, выполненных из алюминия, должно быть не менее 16 мм2. »

[2,3]

При этом, защитный проводник, не являющийся частью кабеля, считается механически защищенным, если он проложен в трубе, коробе или другим подобным способом.

Если защитный проводник является общим для двух или более цепей, то его сечение выбирают следующим образом [3]:

  • рассчитывают в соответствии с 543.1.2 ГОСТ Р 50571.5.54-2013, исходя из максимально ожидаемого тока замыкания на землю и времени отключения в этих цепях;
  • или выбирают по таблице 54.2 ГОСТ Р 50571.5.54-2013 для наибольшего сечения линейного проводника, входящего в состав этих цепей.

Использованная литература

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 1// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2011. – № 3. – 160 c.
  3. ГОСТ Р 50571.5.54-2013
  4. В силу того, что ГОСТ Р 50571.5.54-2013 содержит множество серьезных ошибок, статья была приведена в соответствие с работой Ю.В. Харечко журнале «Энергоэффективность, энергобезопасность, энергонадзор», 2015, № 2 — «Анализ ошибок нового ГОСТ Р 50571.5.54-2013, распространяющегося на заземляющие устройства и защитные проводники».
  5. ГОСТ 33542-2015