Изолированная и глухозаземленная нейтраль отличия: 404 — Категория не найдена — Мир Антенн

Содержание

Режимы работы нейтралей в электроустановках

Нейтралями электроустановок называют общие точки обмотки генераторов или трансформаторов, соединенные в звезду.

Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограничения, токи при однофазных замыканиях на землю, условия работы релейной защиты и безопасности в электрических сетях, электромагнитное влияние на линии связи и т.д.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;
сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;
сети с эффективно-заземленными нейтралями;
сети с глухозаземленными нейтралями.

В России к первой и второй группам относятся сети напряжением 3-35 кВ, нейтрали трансформаторов или генераторов которых изолированы от земли или заземлены через заземляющие реакторы.

Сети с эффективно-заземленными нейтралями применяют на напряжение выше 1 кВ. В них коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Коэффициентом замыкания на землю называют отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю поврежденной фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания. В соответствии с рекомендациями Международного электротехнического комитета (МЭК) к эффективно-заземленным сетям относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В Советском Союзе к этой группе относятся сети напряжением 110 кВ и выше.

К четвертой группе относятся сети напряжением 220, 380 и 660 В.

Режим работы нейтрали определяет ток замыкания на землю. Сети, в которых ток однофазного замыкания на землю менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (в основном это сети с незаземленными и резонансно-заземленными нейтралями).

Токи более 500 А соответствуют сетям с большими токами замыкания на землю (это сети с эффективно-заземленными нейтралями).

Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями

В сетях с незаземленными нейтралями токи при однофазном замыкании на землю протекают через распределенные емкости фаз, которые для упрощения анализа процесса условно заменяют емкостями, сосредоточенными в середине линий (рис.1). Междуфазные емкости при этом не рассматриваются, так как при однофазных повреждениях их влияние на токи в земле не сказывается.

Рис.1. Трехфазная сеть с незаземленной нейтралью
а — нормальный режим;
б — режим замыкания фазы А на землю;
в — устройство для обнаружения замыканий на землю

В нормальном режиме работы напряжения фаз сети относительно земли симметричны и равны фазному напряжению, а емкостные (зарядные) токи фаз относительно земли также симметричны и равны между собой (рис. 1,а). Емкостный ток фазы

(1)

где С — емкость фазы относительно земли.

Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с незаземленной нейтралью, как правило, не превышает нескольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в √з раз и становятся равными междуфазному напряжению. Например, при замыкании на землю фазы А (рис.1,б) поверхность земли в точке повреждения приобретает потенциал этой фазы, а напряжения фаз В и С относительно земли становятся соответственно равными междуфазным напряжениям . Емкостные токи неповрежденных фаз В и С также увеличиваются в соответствии с увеличением напряжения в √3 раз. Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной.

Для тока в месте повреждения можно записать:

(2)

т. е. геометрическая сумма векторов емкостных токов неповрежденных фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток I_С оказывается в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы в нормальном режиме:

(3)

Согласно (1.3) ток I_С зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли, которая зависит в основном от конструкции линий сети и их протяженности.

Приближенно ток I_с, А, можно определить по следующим формулам:

для воздушных сетей

(4)

для кабельных сетей

(5)

где U — междуфазное напряжение, кВ; l — длина электрически связанной сети данного напряжения, км.

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз — больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.

При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

Вследствие того что при замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в √з раз по сравнению с нормальным значением, изоляция в сетях с незаземленной нейтралью должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. Это ограничивает область использования этого режима работы нейтрали сетями с напряжением 35 кВ и ниже, где стоимость изоляции электроустановок не является определяющей и некоторое ее увеличение компенсируется повышенной надежностью питания потребителей, если учесть, что однофазные замыкания на землю составляют в среднем до 65% всех нарушений изоляции.

В то же время необходимо отметить, что при работе сети с замкнутой на землю фазой становится более вероятным повреждение изоляции другой фазы и возникновение междуфазного короткого замыкания через землю (рис.2). Вторая точка замыкания может находиться на другом участке электрически связанной сети. Таким образом, короткое замыкание затронет несколько участков сети, вызывая их отключение. Например, в случае, показанном на рис.2, могут отключиться сразу две линии.

Рис.2. Двойные замыкания на землю в сети с незаземленной нейтралью

В связи с изложенным в сетях с незаземленными нейтралями обязательно предусматривают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю.

Так, на рис.1, в показан способ контроля изоляции в сети с незаземленной нейтралью. Устройства контроля подключаются к сети через измерительный трансформатор напряжения типа НТМИ или через группу однофазных трансформаторов типа ЗНОМ.

Вторичные обмотки измерительных трансформаторов (рис.1,в) соединяются по схемам: одна (I) — звезда, вторая (II) — разомкнутый треугольник. Обмотка I позволяет измерять напряжения всех фаз, обмотка II предназначена для контроля геометрической суммы напряжений всех фаз.

Нормально на зажимах обмотки II напряжение равно нулю, поскольку равна нулю геометрическая сумма фазных напряжений всех трех фаз в сети с незаземленной нейтралью.

При металлическом замыкании одной фазы в сети первичного напряжения на землю на зажимах обмотки II появляется напряжение, равное геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз (рис.1,б) Число витков обмотки II подбирается так, чтобы напряжение на ее выводах при металлическом замыкании фазы первичной сети на землю равнялось 100 В. При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение на обмотке II в зависимости от сопротивления в месте замыкания будет 0-100 В.

Реле напряжения, подключаемое к обмотке II, будет при соответствующей настройке реагировать на повреждения изоляции первичной сети и приводить в действие сигнальные устройства (звонок, табло).

Персонал электроустановки может проконтролировать напряжение небаланса (вольтметром V₂) и установить поврежденную фазу (вольтметром V₁). Напряжение в поврежденной фазе будет наименьшим.

Отыскание места замыкания на землю после получения сигнала должно начинаться немедленно, и повреждение должно устраняться в кратчайший срок.

Допустимая длительность работы с заземленной фазой определяется Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и в большинстве случаев не должна превышать 2 ч.

Более опасно однофазное замыкание на землю через дугу, так как дуга может повредить оборудование и вызвать двух- или трехфазное КЗ (последнее часто наблюдается при однофазных замыканиях на землю одной из жил трехфазного кабеля). Особенно опасны дуги внутри машин и аппаратов, возникающие при однофазных замыканиях на заземленные корпуса или сердечники.

При определенных условиях в месте замыкания на землю может возникать так называемая перемежающаяся дуга, т.е. дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь. Перемежающаяся дуга сопровождается возникновением перенапряжений на фазах относительно земли, которые могут достигать 3,5 U_ф. Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование КЗ в частях установки с ослабленной изоляцией.

Наиболее вероятно возникновение перемежающихся дуг при емкостном токе замыкания на землю более 5-10 А, причем опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения сети. Допустимые значения тока нормируются и не должны превышать следующих значений:

В сетях 3-20 кВ, имеющих линии на железобетонных и металлических опорах, допускается I_c не более 10 А. В блочных схемах генератор-трансформатор на генераторном напряжении емкостный ток не должен превышать 5А.

Работа сети с незаземленной (изолированной) нейтралью применяется и при напряжении до 1 кВ. При этом основные свойства сетей с незаземленной нейтралью сохраняются и при этом напряжении. Кроме того, эти сети обеспечивают высокий уровень электробезопасности и их следует применять для передвижных установок, торфяных разработок и шахт. Для защиты от опасности, возникающей при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений, в нейтрали или фазе каждого трансформатора устанавливается пробивной предохранитель.

Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

В сетях 3-35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения указанных выше норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы.

В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_C также индуктивный ток реактора I_L (рис. 3). Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_C=I_L (резонанс), то через место замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Рис.3. Трехфазная сеть с резонансно-заземленной нейтралью

Суммарная мощность дугогасящих реакторов для сетей определяется из выражения

Q = n I_C U_Ф, (6)

где n — коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять n = 1,25; I_C — полный ток замыкания на землю, А; U_Ф — фазное напряжение сети, кВ.

По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются реакторы требуемой номинальной мощности. При этом необходимо учитывать, что регулировочный диапазон реакторов должен быть достаточным для обеспечения возможно более полной компенсации емкостного тока при вероятных изменениях схемы сети (например, при отключении линий и т.п.). При I_C ≥ 50 А устанавливают два дугогасящих реактора с суммарной мощностью по (6).

Рис. 4. Устройство дугогасящих реакторов
а — типа РЗДСОМ, б — типа РЗДПОМ

В России применяют дугогасящие реакторы разных типов. Наиболее распространены реакторы типа РЗДСОМ (рис.4,а) мощностью до 1520 кВ А на напряжение до 35 кВ с диапазоном регулирования 1:2. Обмотки этих реакторов располагаются на составном магнитопроводе с чередующимися воздушными зазорами и имеют отпайки для регулирования тока компенсации. Реакторы имеют масляное охлаждение.

Более точно, плавно и автоматически можно производить настройку компенсации в реакторах РЗДПОМ, индуктивность которых изменяется с изменением немагнитного зазора в сердечнике (рис. 4,б) или путем подмагничивания стали магнитопровода от источника постоянного тока.

Дугогасящие реакторы должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают обычно вблизи генераторов. Наиболее характерные способы присоединения дугогасящих реакторов показаны на рис.5.

Рис.5. Размещение дугогасящих реакторов в сети

На рис.5,а показаны два дугогасящих реактора, подключенных в нейтрали трансформаторов подстанции, на рис.5.б — реактор, подключенный к нейтрали генератора, работающего в блоке с трансформатором. В схеме на рис.5, в показано подключение дугогасящего реактора к нейтрали одного из двух генераторов, работающих на общие сборные шины. Следует отметить, что при этом цепь подключения реактора должна проходить через окно сердечника трансформатора тока нулевой последовательности (ТНП), что необходимо для обеспечения правильной работы защиты генератора от замыканий на землю.

При подключении дугогасящих реакторов через специальные трансформаторы и трансформаторы собственных нужд, по мощности соизмеримые с мощностью реакторов, необходимо учитывать их взаимное влияние.

В первую очередь это влияние сказывается в уменьшении действительного тока компенсации по сравнению с номинальным из-за наличия последовательно включенного с реактором сопротивления обмоток трансформатора

(7)

где I_ном,р — номинальный ток дугогасящего реактора; U_к% — напряжение КЗ трансформатора; S_ном,т — номинальная мощность трансформатора.

Особенно резко ограничивающее действие обмоток трансформатора сказывается при использовании схемы соединения обмоток звезда-звезда, так как при однофазных замыканиях на землю индуктивное сопротивление у них примерно в 10 раз больше, чем при междуфазных КЗ. По этой причине для подключения реакторов предпочтительнее трансформаторы со схемой соединения обмоток звезда-треугольник. В свою очередь наличие дугогасящего реактора в нейтрали трансформатора обусловливает при однофазных замыканиях на землю дополнительную нагрузку на его обмотки, что приводит к повышенному нагреву. Это особенно важно учитывать при использовании для подключения реактора трансформаторов, имеющих нагрузку на стороне низшего напряжения, например трансформаторов собственных нужд электростанций и подстанций. Допустимая мощность реактора, подключаемого к нагруженному трансформатору, определяется из выражения

(8)

где S_ном,т — номинальная мощность трансформатора; S_max — максимальная мощность нагрузки.

Выражение (8) справедливо с учетом того, что значение cosφ нагрузки обычно близко к единице, а активное сопротивление реактора мало.

С учетом перегрузки трансформатора, допустимой на время работы сети с заземленной фазой и определяемой коэффициентом перегрузочной способности k_пер, допустимая мощность реактора, подключаемого к данному трансформатору, равна

(9)

При подключении реактора к специальному ненагруженному трансформатору необходимо выдержать условие (если перегрузка трансформатора допустима).

В сетях с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой до тех пор, пока не представится возможность произвести необходимые переключения для отделения поврежденного участка. При этом следует учитывать также допустимое время продолжительной работы реактора 6ч.

Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, так как при этом дуга в месте замыкания гаснет и линия не отключается. В сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящий реактор, при однофазных замыканиях на землю напряжения двух неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются в √3 раз, т.е. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам эти сети аналогичны сетям с незаземленными (изолированными) нейтралями.

Трехфазные сети с эффективно-заземленными нейтралями

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтралей является фактор стоимости изоляции. Здесь применяется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах относительно земли равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режиме работы. Это основное достоинство такого способа заземления нейтрали.

Рис.6. Трехфазная сеть с эффективно-заземленной нейтралью

Однако рассматриваемый режим нейтрали имеет и ряд недостатков. Так, при замыкании одной фазы на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника с малым сопротивлением, к которому приложена ЭДС фазы (рис.6). Возникает режим КЗ, сопровождающийся протеканием больших токов. Во избежание повреждения оборудования длительное протекание больших токов недопустимо, поэтому КЗ быстро отключаются релейной защитой. Правда, значительная часть однофазных повреждений в электрических сетях напряжением 110 кВ и выше относится к самоустраняющимся, т.е. исчезающим после снятия напряжения. В таких случаях эффективны устройства автоматического повторного включения (АПВ), которые, действуя после работы устройств релейной защиты, восстанавливают питание потребителей за минимальное время.

Второй недостаток — значительное удорожание выполняемого в распределительных устройствах контура заземления, который должен отвести на землю большие токи КЗ и поэтому представляет собой в данном случае сложное инженерное сооружение.

Третий недостаток — значительный ток однофазного КЗ, который при большом количестве заземленных нейтралей трансформаторов, а также в сетях с автотрансформаторами может превышать токи трехфазного КЗ. Для уменьшения токов однофазного КЗ применяют, если это возможно и эффективно, частичное разземление нейтралей (в основном в сетях 110-220 кВ). Возможно применение для тех же целей токоограничивающих сопротивлений, включаемых в нейтрали трансформаторов.

Сети с глухозаземленными нейтралями

Такие сети применяются на напряжение до 1 кВ для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок, включаемых на фазные напряжения (рис.7). В них нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока). Для фиксации фазного напряжения при наличии однофазных нагрузок применяют нулевой проводник, связанный с нейтралью трансформатора (генератора). Этот проводник служит для выполнения также и функции зануления, т. е. к нему преднамеренно присоединяют металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением.

При наличии зануления пробой изоляции на корпус вызовет однофазное КЗ и срабатывание защиты с отключением установки от сети. При отсутствии зануления корпуса (второй двигатель на рис.7) повреждение изоляции вызовет опасный потенциал на корпусе. Целость нулевого проводника нужно контролировать, так как его случайный разрыв может вызвать перекос напряжений по фазам (снижение его на загруженных фазах и повышение на незагруженных). Может быть принято при необходимости раздельное выполнение нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.

Рис.7. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция

Режим нейтрали – это точка нулевой последовательности обмоток трансформатора или генератора, которая подключается к заземлителю, специализированному оборудованию или изолированно от внешних зажимов. Ее правильный выбор определяет защитные механизмы сети, вносит существенные особенности в работоспособность. Какие разновидности встречаются и преимущества у каждого варианта, читайте далее в статье.

Общее представление

Режимы нейтрали электроустановок выбираются из общепринятой, устоявшейся мировой практики. Некоторые изменения и корректировки вносятся из особенностей государственных энергосистем, что связывается с финансовыми возможностями объединений, протяженностью сети и другими параметрами.

Чтобы определить нейтраль и режим ее работы, достаточно ориентироваться в наглядных схемах электроустановок. Необходимо особое внимание уделить силовым трансформаторами и их обмоткам. Последние могут выполняться звездой или треугольником. Подробнее — ниже.

Треугольник предполагает изолированность нулевой точки. Звезда — наличие заземлителя, который присоединяется к:

контуру заземления;
резистору;
дугогасящему реактору.

От чего зависит выбор нулевой точки соединения?

Выбор режима нейтрали зависит от ряда характеристик, среди которых можно выделить:

Надежность сети. Первый критерий связывается с выстраиванием защиты относительно однофазного замыкания на землю. Для работы сети 10-35 кВ зачастую применяется изолированная нейтраль, которая не отключает линию из-за упавшей ветки и даже провода на землю. А для сети 110 кВ и выше требуется моментальное отключение, для чего применяется эффективно заземленная.
Стоимость. Важный критерий, который определяет выбор. Реализовать изолированную сеть намного дешевле, что связывается с отсутствием необходимости в четвертом проводе, экономией средств на траверсы, изоляцию и на прочие нюансы.
Устоявшаяся практика. Как отмечалось выше, режимы нейтралей трансформаторов выбираются на основании общемировой и государственной статистики. Это говорит о том, что большинство производственных предприятий, создающих силовое оборудование, придерживаются этих норм. Из-за этого выбор предопределен заводом-изготовителем трансформатора или генератора.

Рассмотрим далее каждую вариацию в отдельности и узнаем преимущества и недостатки. Заметим, что существует пять основных режимов.

Изолированная

Режим работы нейтрали, в которой нулевая точка отсутствует, именуется изолированным. На схемах ее изображают в виде треугольника, что говорит о наличии только трехфазного провода. Ее использование ограничено сетью 10-35 кВ, а выбор определяется рядом преимуществ:

При возникновении однофазного замыкания на землю потребители не чувствуют неполнофазный режим. Отключения линии не происходит. В момент однофазного замыкания на поврежденной фазе напряжение становится равным 0, на двух оставшихся повышается до линейного.
Второе преимущество связывается со стоимостью. Выполнить подобную сеть намного дешевле. К примеру, отсутствует необходимость в нулевом проводе.

Главным недостатком такого варианта является безопасность. При падении провода сеть не отключается, последний остается под напряжением. При приближении на расстояние ближе восьми метров можно попасть под шаговое напряжение.

Эффективно заземленная

Режимы работы нейтралей в электроустановках выше 110 кВ реализованы представленным способом, что обеспечивает требуемые условия защиты сети и безопасности. Нулевая точка трансформатора заземляется на контур или через специальное устройство под названием «ЗОН-110 кВ». Последнее влияет на чувствительность срабатывания защит.

При падении провода создается потенциал между заземлителем и точкой обрыва. Из-за этого срабатывает релейная защита. Отключение производится с минимальной выдержкой времени, после чего включается вновь. Это связывается с тем фактом, что на работоспособность могла повлиять ветка дерева или птица. Повторное включение (АПВ) позволяет выявить реальность повреждения. К преимуществам необходимо отнести следующие моменты:

Относительно низкая стоимость, которая позволяет дешевле выстраивать высоковольтные сети. Следует отметить, что линии электропередач также имеют три провода вместо четырех, что является отличительной особенностью.
Повышенная надежность в сочетании с безопасностью. Это считается важным критерием, который определяет выбор представленного вида нейтрали.

Недостатков практически нет. На практике считается, что это идеальный вариант для высоковольтных сетей.

Заземленная через ДГК (ДГР)

Режим нейтралей называется резонансно-заземленным, когда его точка проходит через дугогасящую катушку или реактор. Подобная система в основном применима для кабельных распределительных сетей. Она позволяет компенсировать индуктивность и уберечь систему от более масштабных и сложных повреждений.

При появлении однофазного замыкания на землю начинает работать катушка или реактор, которая компенсирует силу тока, снижая его в месте пробоя. Необходимо отметить, что разница между ДГК и ДГР связывается с наличием автоматической подстройки при изменении индуктивности в сети.

Основным преимуществом является компенсация энергии, которая не дает повреждению кабельной линии перерастать из однофазных в межфазное. Что касается недостатков, это появление прочих повреждений в слабых местах изоляции кабельных линий.

Заземленная через низкоомный, высокоомный резистор

Режим нейтрали, при котором заземление точки нулевой последовательности выполняется через выокоомоный или низкоомный резистор, также считается резонансно-заземленным и используется в сетях 10-35 кВ. Особенности представленной системы связываются с отключением сети без выдержки времени.

Это удобно в плане защиты сети, но негативно влияет на отпуск электрической энергии. Подобная система не подходит для работы ответственных потребителей, хотя является отличным вариантом для кабельных линий. Использование на ВЛ электропередачи непригодно, так как появление земли в сети ведет к отключению фидера.

Еще одним нюансом относительно заземленной нейтрали через резистор является появление больших токов при замыкании на самом резисторе. Имелись случаи, которые приводили к возгоранию подстанции из-за этого момента.

Глухозаземленная

Режим работы нейтрали трансформатора для потребительской сети именуется глухозаземленным. Особенности следующие. Представленная вариация предполагает заземление нулевой точки на контур подстанции, относительно чего работают защиты. Такая система используется в распределительных сетях, где осуществляется непосредственное потребление электроэнергии.

Выход 0,4 кВ имеет четыре провода: три фазных и один нулевой. При однофазном замыкании создается потенциал относительно заземленной точки. Это отключает автомат или становится причиной перегорания предохранителей. Следует отметить, что срабатывание защит во многом определяется правильностью выбора плавких вставок или номинал автомата.

Заключение

Режим нейтрали – это способ заземления нулевой точки трансформатора или генератора. Выбор того или иного варианта зависит от ряда критериев, главным из которых считается общепринятая практика. Определить нейтраль можно по схемам, где достаточно рассмотреть обмотки трансформатора. Это следует учитывать и во время курсовых проектов, когда необходимо изобразить схему подстанций.

Каждый вариант обладает рядом преимуществ и недостатков. Исходя из использования той или иной нейтрали определяются условия работы и защиты. Идеальным для высоковольтной сети считается эффективно заземленная, для распределительной – резонансное заземление. Для потребительского применяется глухозаземленная. Рекомендуем рассмотреть основные виды защит, которые применяются в современной электроэнергетике.

принцип действия и особенности эксплуатации

Главная > Электробезопасность > Глухозаземленная нейтраль: принцип действия и особенности эксплуатации

Глухозаземленная нейтраль предназначена для защиты от поражения человека электрическим током. При возникновении аварийной ситуации происходит выравнивание потенциалов, прикосновение к поверхности корпуса оборудования будет безопасным. Так как одновременно возрастает сила тока, быстро сработает установленное в цепи устройство защитного отключения.

Плакат по электробезопасности «Установки с глухозаземленной нейтралью»

Для правильного использования такого механизма на практике необходимо знать и применять нормы действующего законодательства в области обеспечения электробезопасности. Они содержатся в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ, в дальнейшем именуемые «Правила»), которые утверждены Министерством энергетики России в приказе от 08. 07. 2002 г. В настоящее время актуальной является седьмая версия этого документа.

Механизм действия

В соответствии с Правилами этим термином называют электрическое соединение нейтрали генератора (трансформатора) с устройством заземления. К примеру, трехпроводная сеть прокладывается от источника питания в жилой дом. Нейтраль через шкаф ввода распределяется по щиткам. К ней подключаются контуры заземления потребителей. В этих цепях недопустим монтаж плавких предохранителей, иного устройства, способного нарушить целостность цепи.

Рабочий ноль – это другой проводник. Между ним и третьим проводом возникает напряжение фазы, которое используется стиральными машинами, микроволновыми печами и другим оборудованием.

Пример аварийной ситуации. Под воздействием вибрации внутри техники отсоединился от штатного места крепления фазный провод, произошло его прикосновение к металлическому корпусу. Возникнет короткое замыкание, резко возрастет сила тока. Автоматический выключатель или плавкая вставка выполнит свою функцию, питание будет отключено.

Сопротивление R0 будет меньше, чем по пути прохождения тока через тело человека, случайно дотронувшегося до фазного провода, что исключает поражение током (рис. ниже). На этой схеме представлен вариант заземления нейтрали генератора.

Схема глухозаземленной нейтрали

Чтобы такая схема сработала быстро и эффективно, необходимо соблюдать положения норм Правил. В соответствии с ними должна создаваться качественная защищенная сеть.

Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью

Теперь рассмотрим подробно, с какой целью заземляется нейтраль и как подобная реализация обеспечивает должный уровень электробезопасности, для этого перечислим обстоятельства, которые могут привести к поражению электротоком:

Непосредственное прикосновение к токоведущим элементам. В данном случае никакое заземление не поможет. Необходимо ограничивать доступ к таким участкам и быть внимательным при приближении к ним.
Образование зон с шаговым напряжением в результате аварий на ВЛ или других видах электрохозяйства.
Повреждения внутренней изоляции может привести к «пробою» на корпус электроустановки, то есть, на нем появляется опасное для жизни напряжение.
В результате нарушения электроизоляции токоведущих линий под напряжением могут оказаться кабельные каналы, короба и другие металлические конструкции, используемые при трассировке.

В идеале между нейтралью и землей разность потенциалов должна стремиться к нулю. Подключение к заземляющему контуру на вводе потребителя существенно способствует выполнению этого условия, в тех случаях, когда ТП находится на значительном удалении. При правильной организации заземления такая особенность может спасти человеческую жизнь, как минимум, в двух последних случаях из указанного выше списка.

Чтобы избежать пагубного воздействия электротока необходимо заземлять корпуса электроприборов, а также и других металлических частей электроустановок зданий. Это приведет к тому, что при «пробое» возникнет замыкание фазы на землю. В результате произойдет автоматическое отключение снабжения питанием электроприемников, вызванное срабатыванием устройства защиты от токов КЗ.

Даже если защита не сработает, а кто-либо прикоснется к металлическому элементу, все равно ток будет течь по заземляющему проводнику, поскольку в этой цепи будет меньшее сопротивление.

Движение тока при КЗ на корпус

Говоря о принципе работы защиты заземленной нейтрали нельзя не отметить быстрый выход в аварийный режим, когда один из фазных проводов замыкается на шину PEN. По сути, это КЗ на нейтраль, следствием которого является резкое возрастание тока, приводящее к защитному отключению энергоустановки или проблемного участка цепи.

При определенных условиях можно даже организовать защиту от образования опасных зон с шаговым напряжением. Для этого на пол в потенциально опасном помещении стелют (если необходимо, то замуровывают в бетон) металлическую сеть, подключенную к общему заземляющему контуру.

Требования ПУЭ

Необходимые сведения находятся в отдельной главе 1.7 Правил. Там отмечено, что отдельные нормы применяются по отношению к электрическим установкам до и свыше одной тысячи вольт. Далее стоит подробнее рассмотреть бытовую сеть с напряжением 220 V.

Защитное зануление: особенности и принцип действия

Здесь используется однофазный источник тока. Заземлитель подсоединяется к одному из электрических выводов данного устройства с помощью специального проводника. Чтобы сократить путь прохождения тока и снизить затраты, выбирают место поблизости от генерирующего оборудования (трансформатора).

Обязательно надо учитывать следующее ограничение. Если в качестве заземлителя используется имеющийся фундамент, то к металлической арматуре в бетонном основании выполняют подключение не менее чем в двух точках.

Аналогичное количество подсоединений делают к металлическим каркасам, установленным в глубине земли. Только так система заземления будет работать эффективно и достаточно надежно.

Если источником питания устройства являются трансформаторы, расположенные на разных этажах строения, то подсоединение к нейтрали выполняется с помощью отдельного проводника. Его подключают дополнительно к металлическому каркасу здания.

При расчете электрических параметров обязательно учитывают соответствующее сопротивление.

Подключать заземление разрешается к металлическому каркасу здания

В первом и во втором вариантах из цепи исключают плавкие вставки и другие элементы, способные нарушить ее целостность. Принимают дополнительные меры, препятствующие случайным или намеренным повреждениям с применением механических воздействий.

Другие ограничения, отмеченные в Правилах:

Если в шине PEN (общие нулевые проводники, рабочий и защитный) стоит токовый трансформатор, то проводник заземлителя крепится непосредственно за этим устройством, к нейтрали.
Электрическое сопротивление устройства заземления в однофазной сети 220V ограничено максимальным значением 4 Ом (п. 1.7.104. Правил). Исключением являются особые характеристики земли, создающие высокое сопротивление (удельная величина, более 100 Ом на 1 м.).
Если имеются воздушные линии электропередач, то на вводных и концевых частях устанавливаются дублирующие заземлители. Это позволяет защитной системе работать эффективно. Но такое правило применяют только тогда, когда нет необходимости в установке большего количества устройств, способных устранить чрезмерные напряжения в сети при ударах молний.
Чтобы не ошибиться, надо использовать нормативы по минимально допустимым размерам и материалам проводников, использующихся для систем заземления (повторного типа), проложенных в земле. Так, например, если применяется уголок из черной стали, толщина стенки должна составлять 4 мм или более. Регламентируется общая площадь поперечного сечения для заземляющих проводников, которые подсоединяются к главной шине (п. 1.7.117 Правил):

75 мм2, если используется сталь;
16 мм2 – алюминий;
10 мм2 – медь.

Автомат, который устанавливается для защиты схемы TN, должен обладать быстродействием по короткому замыканию не менее 0,4 секунды при напряжении 220 V.

Если изучить другие виды сетей, то можно выяснить, что при повышении номинального напряжения, разрешенное электрическое сопротивление устройства заземления должно быть ниже. Такое требование разумно, ведь главным является обеспечение хорошего уровня безопасности. При меньшем сопротивлении в случае аварии на заземленном корпусе образуется относительно небольшой потенциал, система защиты выполнит свою функцию достаточно эффективно.

Подобные рассуждения можно использовать и при изучении работы защитных устройств. Если возник соответствующий разряд, то в сети должны образоваться существенные изменения. При повышении напряжения потребляемой мощности и низком рабочем электрическом сопротивлении требования к заземлению строже. Чрезмерное сопротивление этой цепи способно снизить амплитуду колебаний в сети, автоматы не смогут сработать достаточно быстро либо вовсе не отключат питание.

Автоматы выбирают с учетом параметров сети

Теперь стоит перейти к бытовой сети 220 V и пункту 7.1.36. Правил. В нем определена необходимость прокладки сетей от общих щитков к устройствам потребителей тремя проводами (одним фазным, нулевыми рабочим и защитным). Последний – это и есть глухозаземленная нейтраль. Между тем, если провести эксперимент и взглянуть на собственные розетки в квартире, то многие люди заметят там отсутствие такого контакта.

Дело в том, что старые нормативы, по которым построены многие отечественные строения, рассчитаны на относительно небольшие мощности. В настоящее время они существенно выросли. Оснащение кондиционерами трехкомнатной квартиры подразумевает использование в пиковых нагрузках до 6-7 кВт. Около 3 кВт потребляет духовой шкаф, 1,5-2 кВт – варочная панель.

Для эффективной защиты в таких условиях заземление требуется. В новых качественных домах оно монтируется стандартно. В старых квартирах внимательные хозяева устанавливают его при выполнении капитальных ремонтов. При определении параметров проводки используют нормативы Правил для проводников, изготовленных из разных металлов (п. 7.1.45).

Устройство и принцип действия сетей с глухозаземлённой нейтралью

Принцип работы источников электроэнергии, в частности, понижающих трансформаторов основан на законе взаимоиндукции и передаче энергии по магнитному сердечнику. Первичная обмотка при этом может и не иметь нулевого провода, в отличие от вторичной, где соединение его с нулём через проводник с низким сопротивлением, который можно приравнять с нулевым значением, будет являться эффективным средством защиты от поражения человека опасным для его жизни и здоровья напряжением.

Главной особенностью сетей с глухозаземлённой нейтралью является появление не только линейного, но и фазного напряжения. Что это такое и чем оно отличается друг от друга, рассмотрим на примере простой принципиальной схемы.

Фазное напряжение — это потенциал между одним из проводов линии и нулевой точкой, присоединенной к земле, то есть наглухо заземлённой. Линейное напряжение — разница потенциалов между двумя выводами линий, то есть L1 и L2, L1-L3, или же L2-L3, называется оно также межфазное. Такие источники электрической энергии в бытовых условиях имеют распространенное значение напряжения в виде 380 В — линейного, и 220 — фазного. Линейное напряжение больше фазного на √3, то есть на 1,72.

Но основная задача такой системы это не только транспортировка к потребителям напряжений двух значений при разном количестве фаз в одной системе электроснабжения, но и защита человека при пробое изоляции и появлении напряжения в точках, которые в нормальном состоянии не имеют опасного потенциала. В жилых зданиях это:

корпуса всех бытовых приборов, которые проводят электрический ток, то есть сделаны из стали или другого токопроводящего металла;
металлоконструкции щитовых и распределительных устройств;
защитная оболочка кабелей.

Также для обеспечения безопасности все перечисленные выше элементы должны быть заземлены, именно в этом случае опасность от использования напряжения и применения бытовых приборов в сетях с глухозаземлённой нейтралью будет минимальна. При этом для таких цепей обязательна равномерность распределения однофазных нагрузок.

Другие меры защиты

Алюминиевая проводка. Основные особенности эксплуатации

Чтобы предотвратить поражение током, применяют не только заземление нейтрали. Части оборудования, проводники, покрываются дополнительными слоями изоляции. Специальными оболочками не допускается прикосновение непосредственно к ним. Используют низкие напряжения, не способные причинить вреда. Промышленные установки ограждаются специальными барьерами, размещаются вне зоны свободного доступа посторонних лиц.

В быту используют отдельные и комплексные методики, можно рассмотреть их на примере стиральной машины:

корпус и металлический каркас соединяются с третьим проводом, подключаются через розетку к заземленной нейтрали.
изолированная толстым слоем краски поверхность не проводит ток.
На рисунке ниже видно, что непосредственно сама стиральная машина не оснащается особым образом. В шнуре питания есть проводник, который при включении в розетку соединяется с линией заземления. При возникновении короткого замыкания сработают защитные устройства и отключат подачу напряжения.

Правильное подключение к сети стиральной машины

чтобы уменьшить вероятность поражения электричеством, из пластика создают ручки управления, угловые части конструкции, на которых могут быть видны оголенные металлические элементы.

Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью

Непосредственное прикосновение к токоведущим элементам. В данном случае никакое заземление не поможет. Необходимо ограничивать доступ к таким участкам и быть внимательным при приближении к ним.
Образование зон с шаговым напряжением в результате аварий на ВЛ или других видах электрохозяйства.
Повреждения внутренней изоляции может привести к «пробою» на корпус электроустановки, то есть, на нем появляется опасное для жизни напряжение.
В результате нарушения электроизоляции токоведущих линий под напряжением могут оказаться кабельные каналы, короба и другие металлические конструкции, используемые при трассировке.

Движение тока при КЗ на корпус

Преимущества и недостатки системы

Главным достоинством таких систем можно отметить ограничение потенциала в системах напряжением 110 КВ и более в неповрежденных линиях при возникновении аварийной ситуации, что оказывает существенное значение для материалов изоляции. А также применение относительно несложных устройств релейной защиты от однофазных коротких замыканий на землю.

Недостатками подобных электросетей, касательно к сетям с изолированной нейтралью, можно отнести высокие токи КЗ, что требует моментального отключения напряжения. Если этого не произойдет, то возникает опасность серьезного повреждения линии, а также возрастает вероятность поражения электрическим током обслуживающего персонала.

И велико возникновение пожара и даже взрыва. Высокие токи КЗ предъявляют особые требования к устройствам защиты, она должна срабатывать мгновенно, а это усложняет приборы защиты.

Отрывок, характеризующий Эффективно заземлённая нейтраль

– А он, Ипполит, тебе не говорил? – сказал князь Василий (обращаясь к сыну и схватив за руку княгиню, как будто она хотела убежать, а он едва успел удержать ее), – а он тебе не говорил, как он сам, Ипполит, иссыхал по милой княгине и как она le mettait a la porte? [выгнала его из дома?] – Oh! C’est la perle des femmes, princesse! [Ах! это перл женщин, княжна!] – обратился он к княжне. С своей стороны m lle Bourienne не упустила случая при слове Париж вступить тоже в общий разговор воспоминаний. Она позволила себе спросить, давно ли Анатоль оставил Париж, и как понравился ему этот город. Анатоль весьма охотно отвечал француженке и, улыбаясь, глядя на нее, разговаривал с нею про ее отечество. Увидав хорошенькую Bourienne, Анатоль решил, что и здесь, в Лысых Горах, будет нескучно. «Очень недурна! – думал он, оглядывая ее, – очень недурна эта demoiselle de compagn. [компаньонка.] Надеюсь, что она возьмет ее с собой, когда выйдет за меня, – подумал он, – la petite est gentille». [малютка – мила.] Старый князь неторопливо одевался в кабинете, хмурясь и обдумывая то, что ему делать. Приезд этих гостей сердил его. «Что мне князь Василий и его сынок? Князь Василий хвастунишка, пустой, ну и сын хорош должен быть», ворчал он про себя. Его сердило то, что приезд этих гостей поднимал в его душе нерешенный, постоянно заглушаемый вопрос, – вопрос, насчет которого старый князь всегда сам себя обманывал. Вопрос состоял в том, решится ли он когда либо расстаться с княжной Марьей и отдать ее мужу. Князь никогда прямо не решался задавать себе этот вопрос, зная вперед, что он ответил бы по справедливости, а справедливость противоречила больше чем чувству, а всей возможности его жизни. Жизнь без княжны Марьи князю Николаю Андреевичу, несмотря на то, что он, казалось, мало дорожил ею, была немыслима. «И к чему ей выходить замуж? – думал он, – наверно, быть несчастной. Вон Лиза за Андреем (лучше мужа теперь, кажется, трудно найти), а разве она довольна своей судьбой? И кто ее возьмет из любви? Дурна, неловка. Возьмут за связи, за богатство. И разве не живут в девках? Еще счастливее!» Так думал, одеваясь, князь Николай Андреевич, а вместе с тем всё откладываемый вопрос требовал немедленного решения. Князь Василий привез своего сына, очевидно, с намерением сделать предложение и, вероятно, нынче или завтра потребует прямого ответа. Имя, положение в свете приличное. «Что ж, я не прочь, – говорил сам себе князь, – но пусть он будет стоить ее. Вот это то мы и посмотрим». – Это то мы и посмотрим, – проговорил он вслух. – Это то мы и посмотрим. И он, как всегда, бодрыми шагами вошел в гостиную, быстро окинул глазами всех, заметил и перемену платья маленькой княгини, и ленточку Bourienne, и уродливую прическу княжны Марьи, и улыбки Bourienne и Анатоля, и одиночество своей княжны в общем разговоре. «Убралась, как дура! – подумал он, злобно взглянув на дочь. – Стыда нет: а он ее и знать не хочет!» Он подошел к князю Василью. – Ну, здравствуй, здравствуй; рад видеть. – Для мила дружка семь верст не околица, – заговорил князь Василий, как всегда, быстро, самоуверенно и фамильярно. – Вот мой второй, прошу любить и жаловать. Князь Николай Андреевич оглядел Анатоля. – Молодец, молодец! – сказал он, – ну, поди поцелуй, – и он подставил ему щеку. Анатоль поцеловал старика и любопытно и совершенно спокойно смотрел на него, ожидая, скоро ли произойдет от него обещанное отцом чудацкое. Князь Николай Андреевич сел на свое обычное место в угол дивана, подвинул к себе кресло для князя Василья, указал на него и стал расспрашивать о политических делах и новостях. Он слушал как будто со вниманием рассказ князя Василья, но беспрестанно взглядывал на княжну Марью. – Так уж из Потсдама пишут? – повторил он последние слова князя Василья и вдруг, встав, подошел к дочери. – Это ты для гостей так убралась, а? – сказал он. – Хороша, очень хороша. Ты при гостях причесана по новому, а я при гостях тебе говорю, что вперед не смей ты переодеваться без моего спроса. – Это я, mon pиre, [батюшка,] виновата, – краснея, заступилась маленькая княгиня.

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях:

Введение:

Раньше системы электроснабжения были в основном незаземленными нейтралью из-за того, что первое замыкание на землю не требовало отключения системы. Незапланированный останов при первом замыкании на землю был особенно нежелателен для производств с непрерывным производством. Эти системы электропитания требовали наличия систем обнаружения заземления, но локализация неисправности часто оказывалась сложной.Несмотря на достижение первоначальной цели, незаземленная система не обеспечивала контроль переходных перенапряжений.
В типичной распределительной системе между проводниками системы и землей существует емкостная связь. В результате эта последовательная резонансная цепь L-C может создавать перенапряжения, значительно превышающие линейное напряжение, когда подвергается повторяющимся повторным ударам одной фазы на землю. Это, в свою очередь, сокращает срок службы изоляции, что может привести к выходу оборудования из строя.
Системы заземления нейтрали похожи на предохранители в том, что они ничего не делают, пока что-то в системе не выйдет из строя.Затем они, как предохранители, защищают персонал и оборудование от повреждений. Повреждение возникает из-за двух факторов: как долго длится короткое замыкание и насколько велик ток замыкания. Реле заземления отключают выключатели и ограничивают продолжительность замыкания, а резисторы заземления нейтрали ограничивают величину тока замыкания.

Важность заземления нейтрали:

Существует множество вариантов заземления нейтрали для энергосистем низкого и среднего напряжения. Нейтральные точки трансформаторов, генераторов и вращающегося оборудования относительно сети заземления обеспечивают опорную точку нулевого вольт.Эта защитная мера имеет много преимуществ по сравнению с незаземленной системой, например,

Пониженная величина переходных перенапряжений
Упрощенное определение места замыкания на землю
Улучшенная защита системы и оборудования от неисправностей
Сокращение времени и затрат на техническое обслуживание
Повышенная безопасность персонала
Улучшенная молниезащита
Снижение частоты неисправностей.

Метод заземления нейтрали:

Существует пять методов заземления нейтрали.

Незаземленная нейтральная система
Система с твердым заземлением нейтрали.
Система резистивного заземления нейтрали. Резонансная система заземления нейтрали.
1. Заземление с низким сопротивлением.
2. Заземление с высоким сопротивлением.
Система резонансного заземления.
Заземление Заземление трансформатора.

(1) Незаземленные нейтральные системы:

В незаземленной системе нет внутренней связи между проводниками и землей.Однако в системе существует емкостная связь между проводниками системы и соседними заземленными поверхностями. Следовательно, «незаземленная система» в действительности является «емкостной заземленной системой» благодаря распределенной емкости.
В нормальных условиях эксплуатации эта распределенная емкость не вызывает проблем. Фактически, это выгодно, потому что оно фактически устанавливает нейтральную точку для системы; В результате фазные проводники подвергаются напряжению только между фазой и нейтралью над землей.
Но проблемы могут возникнуть в условиях замыкания на землю. Замыкание на землю в одной линии приводит к появлению полного линейного напряжения во всей системе. Таким образом, на всей изоляции системы присутствует напряжение в 1,73 раза превышающее нормальное. Эта ситуация часто может вызывать отказы старых двигателей и трансформаторов из-за пробоя изоляции.

После первого замыкания на землю, если предположить, что оно остается единичным, схема может продолжать работу, позволяя продолжить производство до тех пор, пока не будет запланировано удобное отключение для обслуживания.

Взаимодействие между неисправной системой и ее распределенной емкостью может вызвать переходные перенапряжения (в несколько раз нормальные), возникающие при переходе от линии к земле во время нормального переключения цепи, имеющей короткое замыкание на землю (короткое замыкание). Эти перенапряжения могут вызвать нарушения изоляции в точках, отличных от первоначального повреждения.
Вторая ошибка на другой фазе может произойти до того, как будет устранена первая ошибка. Это может привести к очень высоким межфазным токам замыкания, повреждению оборудования и разрыву обеих цепей.
Стоимость повреждения оборудования.
Complicate для поиска неисправностей, включая утомительный процесс проб и ошибок: сначала изолировать правильный фидер, затем ответвление и, наконец, неисправное оборудование. Результат — излишне длительные и дорогостоящие простои.

(2) Системы с глухозаземленной нейтралью:

Системы с глухим заземлением обычно используются в системах с низким напряжением 600 вольт или меньше.
В системе с глухим заземлением нейтраль соединена с землей.
Solidly Neutral Grounding немного снижает проблему переходных перенапряжений, обнаруживаемых в незаземленной системе, а предусмотренный путь для тока замыкания на землю находится в диапазоне от 25 до 100% от тока трехфазного замыкания системы. Однако, если реактивное сопротивление генератора или трансформатора слишком велико, проблема переходных перенапряжений не будет решена.
Хотя системы с глухим заземлением являются усовершенствованием по сравнению с незаземленными системами и ускоряют обнаружение неисправностей, им не хватает способности ограничения тока резистивного заземления и дополнительной защиты, которую оно обеспечивает.
Для поддержания работоспособности и безопасности системы нейтраль трансформатора заземлена, и заземляющий провод должен проходить от источника до самой дальней точки системы в пределах одной и той же кабелепровода или кабелепровода. Его цель состоит в том, чтобы поддерживать очень низкий импеданс к замыканиям на землю, чтобы протекать относительно высокий ток короткого замыкания, таким образом гарантируя, что автоматические выключатели или предохранители быстро устранят повреждение и, следовательно, минимизируют повреждение. Это также значительно снижает опасность поражения персонала электрическим током.

Если система не имеет прочного заземления, нейтральная точка системы будет «плавать» по отношению к земле в зависимости от нагрузки, подвергая нагрузки между фазой и нейтралью несбалансированным и нестабильным напряжением.
Ток однофазного замыкания на землю в системе с глухим заземлением может превышать ток трехфазного замыкания. Величина тока зависит от места повреждения и сопротивления замыкания. Один из способов уменьшить ток замыкания на землю — оставить нейтраль трансформатора незаземленной.
Преимущество:

Основным преимуществом систем с глухим заземлением является низкое перенапряжение, что делает конструкцию заземления обычной при высоких уровнях напряжения (ВН).

Эта система включает в себя все недостатки и опасности высокого тока замыкания на землю: максимальное повреждение и помехи.
Нет непрерывности обслуживания неисправного фидера.
Опасность для персонала во время неисправности высока, так как создаваемое напряжение прикосновения велико.

Распределенный нейтральный провод.
3 фазы + нейтраль.
Использование нейтрального проводника в качестве защитного проводника с систематическим заземлением на каждом полюсе передачи.
Используется при низкой мощности короткого замыкания источника.

(3) Системы с заземлением через сопротивление:

Резистивное заземление уже много лет используется в трехфазных промышленных системах и решает многие проблемы, связанные с глухозаземленными и незаземленными системами.
Resistance Grounding Systems ограничивает токи междуфазных замыканий на землю. Причины ограничения тока замыкания между фазой и землей путем заземления сопротивления:

Для уменьшения эффектов горения и плавления в неисправном электрическом оборудовании, таком как распределительное устройство, трансформаторы, кабели и вращающиеся машины.
Для снижения механических напряжений в цепях / оборудовании, несущем токи короткого замыкания.
Для снижения опасности поражения персонала электрическим током из-за случайного замыкания на землю.
Для уменьшения опасности возникновения дуги или вспышки.
Для уменьшения кратковременного провала сетевого напряжения.
Для одновременного контроля переходных перенапряжений.
Для улучшения обнаружения замыкания на землю в энергосистеме.

Заземляющие резисторы обычно подключаются между землей и нейтралью трансформаторов, генераторов и заземляющих трансформаторов , чтобы ограничить максимальный ток короткого замыкания в соответствии с законом Ом до значения, которое не повредит оборудование в энергосистеме и обеспечит достаточный поток ток короткого замыкания для обнаружения и срабатывания реле защиты от земли для устранения замыкания.Хотя можно ограничить токи короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с высоким сопротивлением, токи короткого замыкания на землю можно значительно снизить. В результате этого устройства защиты могут не распознавать неисправность.
Таким образом, это наиболее распространенное приложение для ограничения однофазных токов короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с низким сопротивлением приблизительно до номинального тока трансформатора и / или генератора.
Кроме того, ограничение токов повреждения до заранее определенных максимальных значений позволяет проектировщику выборочно координировать работу защитных устройств, что сводит к минимуму нарушение работы системы и позволяет быстро локализовать место повреждения.
Существует две категории резистивного заземления:

(1) Заземление с низким сопротивлением.

(2) Заземление с высоким сопротивлением.

Ток замыкания на землю, протекающий через резистор любого типа при замыкании одной фазы на землю, увеличивает межфазное напряжение двух оставшихся фаз. В результате, номинальные характеристики изоляции проводов и ограничителя перенапряжения должны основываться на линейном напряжении . Это временное увеличение напряжения между фазой и землей также следует учитывать при выборе двух- и трехполюсных выключателей, установленных в заземленных через сопротивление низковольтных системах.
Повышение напряжения между фазой и землей, связанное с токами замыкания на землю, также препятствует подключению нагрузок между фазой и нейтралью непосредственно к системе. Если присутствуют нагрузки между фазой и нейтралью (например, освещение 277 В), они должны обслуживаться системой с глухим заземлением. Это может быть достигнуто с помощью изолирующего трансформатора, который имеет трехфазную первичную обмотку треугольником и трехфазную четырехпроводную вторичную обмотку звезды

Ни одна из этих систем заземления (с низким или высоким сопротивлением) не снижает опасность возникновения дугового разряда, связанного с межфазными замыканиями, но обе системы значительно снижают или практически устраняют опасность возникновения дугового разряда, связанного с замыканиями на землю.Оба типа систем заземления ограничивают механические нагрузки и уменьшают тепловое повреждение электрического оборудования, цепей и аппаратов, по которым проходит ток короткого замыкания.
Разница между заземлением с низким сопротивлением и заземлением с высоким сопротивлением зависит от восприятия и, следовательно, не имеет четкого определения. Вообще говоря, заземление с высоким сопротивлением относится к системе, в которой сквозной ток NGR составляет менее 50-100 А. Заземление с низким сопротивлением означает, что ток NGR будет выше 100 А.
Лучшее различие между двумя уровнями — только тревога и отключение. Система только для сигнализации продолжает работать с единичным замыканием на землю в системе в течение неопределенного времени. В системе отключения замыкание на землю автоматически устраняется с помощью реле защиты и устройств прерывания цепи. Системы только сигнализации обычно ограничивают ток NGR до 10 А или меньше.
Рейтинг резистора заземления нейтрали:

1. Напряжение: линейное напряжение системы, к которой он подключен.
2. Начальный ток: начальный ток, который будет протекать через резистор при приложенном номинальном напряжении.
3. Время: «Время включения», в течение которого резистор может работать без превышения допустимого повышения температуры.

(A). Низкое сопротивление, заземленное:

Заземление с низким сопротивлением используется для больших электрических систем, где требуются большие инвестиции в капитальное оборудование или длительный отказ оборудования имеет значительные экономические последствия и обычно не используется в системах низкого напряжения, поскольку ограниченный ток замыкания на землю слишком велик. низкий для надежной работы автоматических расцепителей или предохранителей.Это затрудняет достижение избирательности системы. Более того, системы с заземлением с низким сопротивлением не подходят для 4-проводных нагрузок и, следовательно, не используются на коммерческих рынках.
Резистор подключается от нейтральной точки системы к земле и обычно рассчитан на пропускание только 200A до 1200 ампер тока замыкания на землю. Должен протекать достаточный ток, чтобы защитные устройства могли обнаружить неисправную цепь и отключить ее, но не настолько большой, чтобы вызвать серьезное повреждение в точке повреждения.

Поскольку полное сопротивление заземления представляет собой сопротивление, любые переходные перенапряжения быстро затухают, и все явления переходного перенапряжения больше не применяются. Хотя теоретически возможно применение в системах с низким напряжением (например, 480 В), значительная часть напряжения системы падает на заземляющем резисторе, но на дуге недостаточно напряжения, вынуждающего протекать ток, для надежного обнаружения неисправности. По этой причине низкоомное заземление не используется для низковольтных систем (ниже 1000 вольт между фазами).
Преимущества:

Ограничивает токи между фазой и землей до 200-400 А.
Снижает ток дуги и, в некоторой степени, ограничивает опасность возникновения дуги, связанную только с условиями дугового тока между фазой и землей.
Может ограничить механическое повреждение и термическое повреждение закороченных обмоток трансформатора и вращающегося оборудования.

Не препятствует срабатыванию сверхтоковых устройств.
Не требует системы обнаружения замыкания на землю.
Может использоваться в системах среднего и высокого напряжения.
Изоляция проводов и ограничители перенапряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через разделительный трансформатор.

Используется: В системах среднего напряжения обычно до 400 ампер в течение 10 секунд.

(B) .Заземление с высоким сопротивлением:

Заземление с высоким сопротивлением практически идентично заземлению с низким сопротивлением, за исключением того, что величина тока замыкания на землю обычно ограничивается 10 ампер или менее .Заземление с высоким сопротивлением выполняет две задачи.
Во-первых, величина тока замыкания на землю достаточно мала, например, , чтобы в точке повреждения не было нанесено заметных повреждений. Это означает, что неисправная цепь не должна отключаться в автономном режиме при первом возникновении неисправности. Означает, что если неисправность действительно возникает, мы не знаем, где она находится. В этом отношении он работает как незаземленная система.
Во-вторых, он может контролировать явление переходного перенапряжения , которое присутствует в незаземленных системах, если оно спроектировано должным образом.
В условиях замыкания на землю сопротивление должно преобладать над зарядной емкостью системы, но не до такой степени, чтобы пропускать чрезмерный ток и тем самым исключать непрерывную работу

Системы заземления с высоким сопротивлением (HRG) ограничивают ток короткого замыкания, когда одна фаза системы замыкается или замыкается на землю, но на более низком уровне, чем системы с низким сопротивлением.
В случае возникновения замыкания на землю, HRG обычно ограничивает ток до 5-10А.
HRG рассчитаны на длительный ток, поэтому описание конкретного устройства не включает временной рейтинг. В отличие от NGR, ток замыкания на землю, протекающий через HRG, обычно не имеет значительной величины, чтобы привести к срабатыванию устройства защиты от перегрузки по току. Поскольку ток замыкания на землю не прерывается, необходимо установить систему обнаружения замыкания на землю.
Эти системы включают байпасный контактор, подключенный к части резистора, которая пульсирует (периодически размыкается и замыкается).Когда контактор разомкнут, ток замыкания на землю протекает через весь резистор. Когда контактор замкнут, часть резистора обходится, что приводит к немного меньшему сопротивлению и немного большему току замыкания на землю.
Чтобы избежать переходных перенапряжений, резистор HRG должен быть такого размера, чтобы величина тока замыкания на землю , которую устройство допускает, превышала ток зарядки электрической системы. Как показывает практика, зарядный ток оценивается в 1 А на 2000 кВА емкости системы для низковольтных систем и 2 А на 2000 кВА емкости системы при 4.16кВ.
Эти расчетные токи зарядки увеличиваются при наличии ограничителей перенапряжения. Каждый набор ограничителей, установленных в системе низкого напряжения, дает примерно 0,5 А дополнительного зарядного тока, а каждый набор ограничителей, установленных в системе 4,16 кВ, добавляет 1,5 А дополнительного зарядного тока.
Система с мощностью 3000 кВА при 480 В будет иметь расчетный ток зарядки 1,5 А. Добавьте один комплект ограничителей перенапряжения, и общий ток зарядки увеличится на 0.От 5А до 2,0А. В этой системе можно использовать стандартный резистор 5А. Большинство производителей резисторов публикуют подробные оценочные таблицы, которые можно использовать для более точной оценки зарядного тока электрической системы.
Преимущества:

Позволяет обнаруживать повреждения с высоким сопротивлением в системах со слабым емкостным подключением к земле
Некоторые замыкания на землю устраняются автоматически.
Можно выбрать сопротивление нейтральной точки, чтобы ограничить возможные переходные перенапряжения до 2.В 5 раз больше максимального напряжения основной частоты.
Ограничивает межфазные токи до 5-10А.
Снижает ток дуги и существенно устраняет опасность возникновения дуги, связанную только с условиями дугового тока между фазой и землей.
Устранит механическое повреждение и может ограничить термическое повреждение закороченных обмоток трансформатора и вращающегося оборудования.
Предотвращает работу устройств перегрузки по току до тех пор, пока не будет обнаружена неисправность (когда только одна фаза замыкается на землю).
Может использоваться в системах низкого или среднего напряжения до 5 кВ. Стандарт IEEE 141-1993 гласит, что «заземление с высоким сопротивлением должно быть ограничено системами класса 5 кВ или ниже с зарядными токами около 5,5 А или меньше и не должно применяться к системам 15 кВ, если не используется надлежащее реле заземления».
Изоляция проводов и ограничители перенапряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через разделительный трансформатор.

Создает сильные токи замыкания на землю в сочетании с сильным или умеренным емкостным подключением к земле.
Требуется система обнаружения замыкания на землю, чтобы уведомить инженера объекта о возникновении замыкания на землю.

(4) Система с резонансным заземлением:

Добавление индуктивного реактивного сопротивления от нейтральной точки системы к земле — это простой метод ограничения доступного замыкания на землю от величины, близкой к максимальной емкости трехфазного короткого замыкания (тысячи ампер) до относительно низкого значения (от 200 до 800 ампер).
Для ограничения реактивной части тока замыкания на землю в энергосистеме можно подключить реактор с нейтралью между нейтралью трансформатора и системой заземления станции.
Система, в которой хотя бы одна нейтраль подключена к земле через

Индуктивное реактивное сопротивление.
Катушка Петерсена / Дугогасящая катушка / Нейтрализатор замыкания на землю.

Ток, генерируемый реактивным сопротивлением во время замыкания на землю, приблизительно компенсирует емкостную составляющую однофазного тока замыкания на землю, называется системой с резонансным заземлением.
Система редко когда-либо точно настраивается, т. Е. Реактивный ток не в точности равен емкостному току замыкания на землю системы.
Система, в которой индуктивный ток немного больше, чем ток емкостного замыкания на землю, с избыточной компенсацией. Система, в которой индуцированный ток замыкания на землю немного меньше, чем ток емкостного замыкания на землю, не компенсируется

Однако опыт показал, что это индуктивное реактивное сопротивление относительно земли резонирует с шунтирующей емкостью системы на землю в условиях дугового замыкания на землю и создает в системе очень высокие переходные перенапряжения.
Чтобы контролировать переходные перенапряжения, конструкция должна допускать протекание не менее 60% тока трехфазного короткого замыкания в условиях подземного замыкания.
Пример. Заземляющий реактор на 6000 ампер для системы, имеющей мощность трехфазного короткого замыкания 10000 ампер. Из-за большой величины тока замыкания на землю, необходимого для контроля переходных перенапряжений, индуктивное заземление редко используется в промышленности.
Катушки Петерсена:
Катушка Петерсена подключается между нейтральной точкой системы и землей и рассчитана таким образом, что емкостной ток при замыкании на землю компенсируется индуктивным током, проходящим через катушку Петерсена .Небольшой остаточный ток останется, но он настолько мал, что любая дуга между поврежденной фазой и землей не будет поддерживаться, и повреждение погаснет. Незначительные замыкания на землю, такие как сломанный штыревой изолятор, могут сохраняться в системе без прерывания питания. Кратковременные неисправности не приведут к перебоям в подаче электроэнергии.
Хотя стандартная «катушка Петерсона» не компенсирует весь ток замыкания на землю в сети из-за наличия резистивных потерь в линиях и катушке, теперь можно применить «компенсацию остаточного тока» путем подачи дополнительных 180 ° наружу. фазного тока в нейтраль через катушку Петерсона.Таким образом, ток короткого замыкания снижается практически до нуля. Такие системы известны как «Резонансное заземление с компенсацией остатка» и могут рассматриваться как частный случай реактивного заземления.
Резонансное заземление может снизить EPR до безопасного уровня. Это связано с тем, что катушка Петерсена часто может эффективно действовать как NER с высоким импедансом, что существенно снижает любые токи замыкания на землю и, следовательно, также любые соответствующие опасности EPR (например, напряжения прикосновения, ступенчатые напряжения и передаваемые напряжения, включая любые опасности EPR, воздействующие на соседние объекты). телекоммуникационные сети).
Преимущества:

Малый реактивный ток замыкания на землю, не зависящий от емкости системы между фазой и землей.
Обеспечивает обнаружение неисправностей с высоким импедансом.

Риск обширных активных потерь при замыкании на землю.
Связанные с высокими затратами.

(5) Трансформаторы заземления:

Для случаев, когда нет нейтральной точки для заземления нейтрали (например,грамм. для обмотки треугольником) может использоваться заземляющий трансформатор для обеспечения обратного пути для токов однофазного замыкания

В таких случаях полное сопротивление заземляющего трансформатора может быть достаточным, чтобы действовать как эффективное полное сопротивление заземления. При необходимости можно последовательно добавить дополнительный импеданс. Для заземления обмоток треугольником иногда используется специальный «зигзагообразный» трансформатор, чтобы обеспечить низкий импеданс нулевой последовательности и высокий импеданс прямой и обратной последовательности для токов короткого замыкания.

Заключение:

Системы резистивного заземления имеют много преимуществ перед системами с глухим заземлением, включая снижение опасности возникновения дугового разряда, ограничение механических и тепловых повреждений, связанных с повреждениями, и управление переходными перенапряжениями.
Системы заземления с высоким сопротивлением также могут использоваться для поддержания непрерывности работы и помощи в обнаружении источника неисправности.
При проектировании системы с резисторами инженер-проектировщик / консультант должен учитывать особые требования к номинальным характеристикам изоляции проводов, номинальным характеристикам ограничителя перенапряжения, номинальным характеристикам однополюсного выключателя и способу обслуживания нагрузок между фазой и нейтралью.

Сравнение системы заземления нейтрали:

Состояние	Un с заземлением	с твердым заземлением	Заземленный с низким сопротивлением	Заземление с высоким сопротивлением	Реактивное заземление
Устойчивость к переходным перенапряжениям	Хуже	Хорошо	Хорошо	Лучшее	Лучшее
73% увеличение напряжения напряжения при замыкании на землю	Плохо	Лучшее	Хорошо	Плохо
Защищенное оборудование	Хуже	Плохо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Безопасность персонала	Хуже	Лучше	Хорошо	Лучшее	Лучшее
Надежность обслуживания	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Стоимость обслуживания	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Простота обнаружения первого замыкания на землю	Хуже	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Разрешает проектировщику координировать защитные устройства	Невозможно	Хорошо	Лучше	Лучшее	Лучшее
Снижение частоты неисправностей	Хуже	Лучше	Хорошо	Лучшее	Лучшее
Разрядник освещения	Незаземленная нейтраль	Тип заземления-нейтраль	Незаземленная нейтраль	Незаземленная нейтраль	Незаземленная нейтраль
Ток при замыкании фазы на землю в процентах от тока трехфазного замыкания	Менее 1%	Зависит от 100% или больше	от 5 до 20%	Менее 1%	от 5 до 25%

Артикул:

Майкл Д.Сил, П.Е., старший инженер по спецификации GE.
Стандарт IEEE 141-1993, «Рекомендуемая практика распределения электроэнергии на промышленных предприятиях»
Don Selkirk, P.Eng, Саскатун, Саскачеван, Канада

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

О Джигнеш Пармар (B.E, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Джигнеш Пармар завершил M.Tech (Управление энергосистемой), B.E (Электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Номер участника: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в сфере передачи, распределения, обнаружения кражи электрической энергии, технического обслуживания и электротехнических проектов (планирование-проектирование-технический обзор-координация-выполнение). В настоящее время он является сотрудником одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Электрическое зеркало», «Электрическая Индия», «Освещение Индии», «Умная энергия», «Индустриал Электрикс» (австралийские энергетические публикации).Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные базовые электрические программы Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знает английский, хинди, гуджарати, французский языки. Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновить свои знания по различным инженерным темам.

Заземленная система — обзор

Мгновенная защита от замыкания на землю

Двигатели мощностью более 50 л.с., питаемые от заземленной системы, должны быть защищены от замыканий на землю, чтобы уменьшить повреждение и риск несчастных случаев, особенно двигатели без защищен дифференциальной защитой.

Ротор также защищен от замыканий на землю.

Дифференциальные защиты

Обычно они устанавливаются в машинах мощностью 1000 л.с. и выше.

Поперечная дифференциальная защита может использоваться от межвитковых замыканий, когда обмотки статора разделены на две или более цепи.

Защита от перегрузки и опрокидывания

Тепловые реле используются для перегрузки, а также отдельное реле опрокидывания используется для условий остановки двигателя.

Мгновенная максимальная токовая защита с высокой уставкой

Может быть включена с тепловыми реле перегрузки.

Защита от дисбаланса

Защита от небаланса или обратной последовательности фаз должна использоваться для нагрева ротора из-за небалансных токов, являющихся функцией составляющей обратной последовательности линейных токов.

Когда двигатель останавливается из-за потери одной фазы, нагрев концентрируется в одной части ротора, и блок мгновенной обратной последовательности может обеспечить полную защиту.

Защита от восстановления питания

Синхронные машины должны быть защищены от этого состояния, потому что они могут не синхронизироваться с питанием после прерывания. Для этого состояния используется чувствительное реле пониженной частоты.

Асинхронные двигатели защищены от этого состояния расцепителем обесточивания на пускателе, поскольку напряжение на клеммах двигателя быстро падает при потере питания.

Защита от обратного чередования фаз

Для обнаружения этого состояния можно использовать реле обратного чередования фаз и пониженного напряжения.

Защита от отказа подшипника

Отказ подшипника может вызвать остановку двигателя. На неисправный подшипник указывают повышение температуры и вибрация, а также небольшое повышение тока двигателя. Датчик температуры, встроенный в подшипники, дает соответствующее предупреждение.

Потеря синхронизма и отказ поля в защите синхронного двигателя

[PDF] Преимущества и недостатки различных типов нейтрали

Скачать преимущества и недостатки разных типов нейтралов…

Преимущества и недостатки различных типов систем заземления нейтрали, представленные Джоном С. Левином, P.E. Levine Lectronics and Lectric, Inc. [адрес электронной почты защищен] www.L-3.com Post Glover Resistors, Inc. 1

НЕЙТРАЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ СИЛОВЫХ СИСТЕМ ЦЕЛИ 1. Обсудите пять типов заземления для энергосистем. 2. Обсудите преимущества заземления с высоким сопротивлением. 3. Показать оборудование 2

ЗАЗЕМЛЕНИЕ СИЛОВОЙ СИСТЕМЫ Заземление энергосистемы — это соединение между электрической цепью или оборудованием и землей или каким-либо проводящим телом, которое служит вместо земли.Данная презентация касается проектирования заземления энергосистем промышленных и коммерческих объектов, но не инженерных сетей. 3

ОБСУЖДЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ 1. Незаземленная система 2. Жестко заземленная система 3. Реактивное заземление 4. Низкоомное заземление энергосистем 5. Высокоомное заземление энергосистем 4

Вы в опасности? Вы пользуетесь электричеством? Электрические дефекты являются основным источником воспламенения и причиной пожара и взрыва.

Что такое замыкание на землю? Контакт между землей и проводником под напряжением. Выделяет большое количество электроэнергии. Опасно для оборудования и людей.

ОТКАЗЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСЕТИ — КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИЯ (НЕИСПРАВНОСТИ) РЕЖИМ ОТКАЗА ПРОМЫШЛЕННЫХ СИЛОВЫХ СИСТЕМ 1.ЛИНИЯ К ЗАЗЕМЛЕНИЮ 2. ФАЗА — ФАЗА 3. ТРЕХФАЗНЫЙ

ПРОЦЕНТ ОТКАЗОВ 98% (20 МВА, 13 800 Вольт) остановка может занять от 5 до 20 секунд. Рабочая группа IEEE написала серию из четырех статей. Они предложили гибридную систему с системой заземления с низким сопротивлением, а при возникновении неисправности переключаться на систему с заземлением с высоким сопротивлением. 92

ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА

Фотографии оборудования

Типичные варианты Тип корпуса Исполнение корпуса Трансформатор тока Трансформатор напряжения Выключатель Входные / выходные вводы Подъемная стойка Класс сейсмостойкости Классификация опасной зоны Сторонняя сертификация

100

101

Эту презентацию можно найти по адресу: http: // www.l-3.com/private/ieee/ post_glover_resistance_grounding_2010.pdf

102

103

Спасибо. Вопросы? 104

НЕЙТРАЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА

Процесс подключения нейтральной точки 3-фазной системы к земле (т. Е. К земле) напрямую или через какой-либо элемент схемы (например, сопротивление, реактивное сопротивление и т. Д.) Называется заземлением нейтрали. Заземление нейтрали обеспечивает защиту персонала и оборудования. Это связано с тем, что во время замыкания на землю путь тока завершается через заземленную нейтраль и защитные устройства (например,грамм. предохранитель и т. д.) служат для изоляции неисправного проводника от остальной системы. Этот момент проиллюстрирован на рисунке.

На рисунке показана 3-фазная система, соединенная звездой, с заземленной нейтралью (т. Е. Нейтральная точка соединена с землей). Предположим, что на линии R в точке F происходит одиночное замыкание на землю. Это приведет к тому, что ток будет протекать через путь заземления, как показано на рисунке. Обратите внимание, что ток течет от фазы R к земле, затем к нейтральной точке N и обратно к фазе R. Поскольку полное сопротивление пути тока невелико, по нему протекает большой ток.Этот большой ток приведет к срабатыванию предохранителя в R-фазе и изолирует неисправную линию R. Это защитит систему от вредных последствий (например, повреждение оборудования, поражение персонала электрическим током и т. Д.) Неисправности. Одной из важных особенностей заземленной нейтрали является то, что разность потенциалов между токоведущим проводом и землей не будет превышать фазное напряжение системы, то есть останется почти постоянной.

ПРЕИМУЩЕСТВА НЕЙТРАЛЬНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Преимущества нейтрального заземления:

(I) Напряжения исправных фаз не превышают линейных напряжений i.е. они остаются почти постоянными.
(II) Устранены высокие напряжения из-за искрения заземления.
(III) Защитные реле могут использоваться для защиты от замыканий на землю. В случае замыкания на землю в какой-либо линии срабатывает защитное реле, чтобы изолировать неисправную линию.
(IV) Перенапряжения из-за молнии разряжаются на землю.
(V) Обеспечивает большую безопасность персонала и оборудования.
(VI) Обеспечивает повышенную надежность обслуживания.
(VII) Снижены эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание.

Примечание. Здесь интересно отметить, что незаземленная нейтраль имеет следующие преимущества:

(I) В случае замыкания на землю в одной линии две исправные фазы будут продолжать обеспечивать нагрузку в течение короткого периода времени.
(II) Снижены помехи в линиях связи благодаря отсутствию токов нулевой последовательности.

Преимущества системы с заземленной нейтралью имеют незначительное значение по сравнению с преимуществами системы с заземленной нейтралью. Поэтому современные трехфазные системы работают с заземленными нейтральными точками.

Способы заземления нейтрали

СПОСОБЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

1. ЗАЗЕМЛЕНИЕ — ВВЕДЕНИЕ

В энергосистеме заземление означает соединение каркаса электрооборудования (токоведущая часть ) или какой-либо электрической части системы (например, нейтральная точка в системе, соединенной звездой, один провод вторичной обмотки трансформатора и т. д.) к земле, то есть к земле. Это соединение с землей может осуществляться через проводник или какой-либо другой элемент схемы (например,грамм. (резистор, автоматический выключатель и т. д.), в зависимости от ситуации, заземление дает два основных преимущества. Во-первых, он обеспечивает защиту энергосистемы. Например, если нейтральная точка системы, соединенной звездой, заземлена через автоматический выключатель, а замыкание фазы на землю происходит в какой-либо одной линии, через автоматический выключатель будет протекать большой ток короткого замыкания. Автоматический выключатель размыкается, чтобы изолировать неисправную линию. Это защищает энергосистему от вредного воздействия неисправности.Во-вторых, заземление электрооборудования обеспечивает безопасность людей, работающих с оборудованием. Например, при нарушении изоляции произойдет прямой контакт токоведущего проводника с металлической частью (т. Е. Рамой) оборудования. Любой человек, соприкасающийся с металлическими частями этого оборудования, подвергнется опасному поражению электрическим током, который может быть смертельным. В этой главе мы обсудим важность заземления в линии энергосистемы, уделяя особое внимание заземлению нейтрали.

Концепция заземления

Процесс подключения металлического каркаса (т. Е. Нетоковедущей части) электрооборудования или какой-либо электрической части системы (например, нейтральная точка в звезде- подключенная система, один провод вторичной обмотки трансформатора и т. д.) к земле (т. е. к земле) называется заземлением или заземлением. Странно, но факт, что заземление электрических систем — менее понятный аспект энергосистемы.Тем не менее, это очень важная тема. Если заземление выполняется систематически в линии энергосистемы, мы можем эффективно предотвращать несчастные случаи и повреждение оборудования энергосистемы, и в то же время можно поддерживать непрерывность электроснабжения. Заземление или заземление можно классифицировать как: (i) заземление оборудования (ii) заземление системы. Заземление оборудования — это заземление нетоковедущих металлических частей электрооборудования. С другой стороны, заземление системы означает заземление некоторой части электрической системы. E.грамм. заземление нейтральной точки системы звездообразного соединения на электростанциях и подстанциях.

2. Заземление нейтрали

Процесс подключения нейтральной точки трехфазной системы к земле (т.е. грунту) напрямую или через какой-либо элемент цепи называется заземлением нейтрали. Заземление нейтрали обеспечивает защиту персонала и оборудования. Это связано с тем, что во время замыкания на землю путь тока завершается через заземленную нейтраль и защитные устройства (например,грамм. предохранитель и т. д.) служат для изоляции неисправного проводника от остальной системы. Эта точка проиллюстрирована на рис.

На рис. Показана трехфазная система, соединенная звездой с заземленной нейтралью. Предположим, что на линии R в точке F происходит одиночное замыкание на землю. Это приведет к тому, что ток будет протекать через землю, как показано на рисунке 1. Обратите внимание, что ток течет от фазы R к земле, затем к нейтральной точке N и обратно к фазе R. Поскольку полное сопротивление пути тока невелико, по нему протекает большой ток.Этот большой ток приведет к срабатыванию предохранителя в R-фазе и изолирует неисправную линию R. Это защитит систему от вредных последствий неисправности. Одной из важных особенностей заземленной нейтрали является то, что разность потенциалов между токоведущим проводом и землей не будет превышать фазное напряжение системы, то есть останется почти постоянной.

Преимущества заземления нейтрали

Ниже приведены преимущества заземления нейтрали

(i) Напряжения исправных фаз не превышают напряжения между фазой и землей i.е. они остаются почти постоянными.

(ii) Устранены высокие напряжения из-за образования электрической дуги.

(iii) Защитные реле могут использоваться для защиты от замыканий на землю. В случае замыкания на землю в какой-либо линии срабатывает защитное реле, чтобы изолировать неисправную линию.

(iv) Перенапряжение из-за молнии разряжается на землю.

(v) Обеспечивает большую безопасность персонала и оборудования.

(vi) Обеспечивает повышенную надежность обслуживания.

(vii) Снижены эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание

3. Методы заземления нейтрали

Методы, обычно используемые для заземления нейтральной точки трехфазной системы являются:

(i) Жесткое или эффективное заземление

(ii) Резистивное заземление

(iii) Реактивное заземление

(iv) Заземление катушки Петерсона

Выбор метода заземления Заземление зависит от многих факторов, включая размер системы, напряжение в системе и используемую схему защиты.

(i) Твердое заземление

Когда нейтральная точка 3-фазной системы (например, 3-фазный генератор, 3-фазный трансформатор и т. Д.) Напрямую подключена к земле (например, почва ) через провод с незначительным сопротивлением и реактивным сопротивлением, это называется твердым заземлением или эффективным заземлением. На рис. Показано надежное заземление нейтральной точки. Поскольку нейтральная точка напрямую соединена с землей через провод, нейтральная точка поддерживается под потенциалом земли при любых условиях.Следовательно, в условиях повреждения напряжение любого проводника относительно земли не будет превышать нормальное фазное напряжение системы.

Преимущества

Прочное заземление нейтральной точки имеет следующие преимущества:

(i) Нейтраль эффективно удерживается при потенциале земли.

(ii) Когда замыкание на землю происходит в любой фазе, результирующий емкостной ток IC находится в противофазе с током короткого замыкания IF.Два тока полностью нейтрализуют друг друга. Следовательно, не может возникнуть дуговое заземление или условия перенапряжения. Рассмотрим замыкание на землю в линии B, как показано на рис. Емкостные токи, протекающие в исправных фазах R и Y, равны IR и IY соответственно. Результирующий емкостной ток IC представляет собой векторную сумму IR и IY. В дополнение к этим емкостным токам источник питания также подает ток короткого замыкания IF. Этот ток короткого замыкания будет идти от точки замыкания к земле, затем к точке нейтрали N и обратно к точке замыкания через неисправную фазу.Путь IC является емкостным, а путь IF — индуктивным. Два тока находятся в противофазе и полностью нейтрализуют друг друга. Следовательно, не может возникнуть дуговое заземление или условия перенапряжения.

(iii) Когда есть замыкание на землю на любой фазе системы, фазное напряжение на землю неисправной фазы становится равным нулю. Однако напряжение между фазой и землей оставшихся двух исправных фаз остается на уровне нормального фазного напряжения, поскольку потенциал нейтрали фиксируется на уровне потенциала земли.Это позволяет изолировать оборудование по фазному напряжению. Таким образом происходит экономия на стоимости оборудования.

(iv) Становится легче защитить систему от замыканий на землю, которые часто возникают в системе. Когда есть замыкание на землю на любой фазе системы, между точкой замыкания и заземленной нейтралью протекает большой ток короткого замыкания. Это позволяет легко управлять реле замыкания на землю.

Недостатки

Ниже приведены недостатки твердого заземления:

(i) Поскольку большинство неисправностей в воздушной системе являются замыканиями между фазой и землей, система должна выдерживать большое количество сильных потрясений.Это приводит к нестабильности системы.

(ii) Прочное заземление приводит к сильным токам замыкания на землю. Поскольку неисправность должна устраняться автоматическими выключателями, сильные токи замыкания на землю могут вызвать возгорание контактов выключателя.

(iii) Повышенный ток замыкания на землю приводит к большим помехам в соседних линиях связи.

Приложения

Твердое заземление обычно используется там, где полное сопротивление цепи достаточно высокое, чтобы поддерживать ток замыкания на землю в безопасных пределах.Данная система заземления используется для напряжений до 33 кВ при суммарной мощности не более 5000 кВА.

(ii) Заземление через сопротивление

Чтобы ограничить величину тока замыкания на землю, обычной практикой является подключение нейтральной точки трехфазной системы к земле через резистор. Это называется резистивным заземлением. Когда нейтральная точка 3-фазной системы (например, 3-фазный генератор, 3-фазный трансформатор и т. Д.)) соединен с землей (т. е. почвой) через резистор, это называется резистивным заземлением. На рис. Показано заземление нейтральной точки через резистор R. Значение R не должно быть ни очень низким, ни очень высоким. Если значение сопротивления заземления R очень низкое, ток замыкания на землю будет большим, и система станет похожей на систему твердого заземления.

С другой стороны, если сопротивление заземления R очень велико, условия в системе становятся похожими на систему с незаземленной нейтралью.Значение R выбирается таким образом, чтобы ток замыкания на землю

ограничивался безопасным значением, но все же был достаточным для обеспечения работы системы защиты от замыканий на землю. На практике выбирается такое значение R, которое ограничивает ток замыкания на землю в 2 раза больше нормального тока полной нагрузки заземленного генератора или трансформатора.

Преимущества

Ниже перечислены преимущества резистивного заземления:

i) Ток замыкания на землю невелик из-за наличия сопротивления заземления.Таким образом уменьшаются помехи в цепях связи.

ii) Повышает стабильность системы.

Недостатки

Ниже приведены недостатки резистивного заземления:

(i) Так как нейтраль системы смещается во время замыканий на землю, оборудование необходимо изолировать от более высоких напряжений.

(ii) Эта система дороже, чем система с глухим заземлением.

(iii) Большое количество энергии вырабатывается в сопротивлении заземления во время замыканий на землю. Иногда становится трудно отвести эту энергию в атмосферу.

Приложения

Он используется в системе, работающей при напряжении от 2,2 кВ до 33 кВ с мощностью источника питания более 5000 кВА.

(iii) Реактивное заземление

В этой системе между нейтралью и землей вставлено реактивное сопротивление, как показано на рис.Назначение реактивного сопротивления — ограничить ток замыкания на землю. Изменяя реактивное сопротивление заземления, можно изменить ток замыкания на землю, чтобы получить условия, аналогичные условиям твердого заземления. В наши дни этот метод не используется из-за следующих недостатков:

Недостатки

(i) В этой системе ток короткого замыкания, необходимый для срабатывания защитного устройства, выше, чем ток замыкания на заземление. одинаковые условия неисправности.

(ii) Высокие переходные напряжения возникают в условиях неисправности.

(IV) Дуговое подвесное заземление (или резонансное заземление)

Мы видели, что емкостные токи вызывают образование дуги заземления. Эти емкостные токи протекают, потому что между каждой линией и землей существует емкостное сопротивление. Если индуктивность L соответствующей величины подключена параллельно с емкостью системы, ток короткого замыкания IF, протекающий через L, будет противофазен емкостному току IC системы.Если L так отрегулировано, что IL = Ic, то результирующий ток повреждения будет равен нулю. Это состояние известно как резонансное заземление. Когда значение L дугогасящей катушки таково, что ток короткого замыкания IF точно уравновешивает емкостной ток Ic, это называется резонансным заземлением.

Значение L для резонансного заземления. При резонансном заземлении система ведет себя как незаземленная нейтральная система. Следовательно, полное линейное напряжение появляется на конденсаторах CR и CY

Exp.(i) показывает значение индуктивности L дугогасящей катушки для резонансного заземления.

Преимущества

Заземление катушки Петерсона имеет следующие преимущества:

(i) Катушка Петерсона полностью эффективна для предотвращения любых повреждений в результате дугового заземления

(ii) Катушка Петерсона имеет преимущества незаземленной нейтрали.

Недостатки

Заземление катушки Петерсона имеет следующие недостатки:

(i) Из-за различных условий эксплуатации емкость сети время от времени изменяется.Следовательно, индуктивность L катушки Петерсона требует перенастройки.

(ii) Линии должны быть переставлены.

Заземление альтернативного источника питания — журнал IAEI

Когда генераторные установки двигателя используются в качестве альтернативного источника энергии (например, аварийного или резервного питания), важно, чтобы они были должным образом заземлены и чтобы соответствующие переключатели были правильно выбраны. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала, защиты оборудования, надежного определения замыкания на землю и бесперебойного питания электрических нагрузок.

Особые обстоятельства, относящиеся к системам аварийного питания, требуют особого внимания к заземлению. Например, в крупных строительных комплексах следует учитывать возможное отключение электроэнергии на объекте и необходимость защиты территории. Следует должным образом учитывать влияние нескольких заземляющих соединений, необходимость защиты от замыканий на землю, выбор передаточных переключателей и соответствие требованиям действующих норм. Хотя эта статья применима к большинству аварийных и резервных систем, она не охватывает переключение в системах среднего напряжения или ИБП с твердотельным инвертором в качестве альтернативного источника.

Электроэнергетические системы требуют заземления двух типов, а именно заземления системы и заземления оборудования. Как будет показано ниже, у каждого есть свои функции.

Заземление системы

Фото 1. Соединительная перемычка к корпусу генератора

Заземление системы относится к характеру и месту намеренного соединения между проводниками электрической системы и системами заземляющих электродов, которые обеспечивают эффективное соединение с землей.Другими словами, это относится к тому, как и где заземленный провод подключен к земле.

Назначение заземления системы: В соответствии с разделом 250.4 Национального электротехнического кодекса проводники системы и цепи заземляются для ограничения напряжения из-за молнии, скачков напряжения в сети или непреднамеренного контакта с линиями более высокого напряжения, а также для стабилизации напряжения относительно земли во время Нормальная операция. Системы с номинальным напряжением 600 вольт или менее имеют надежное заземление для облегчения работы устройства максимального тока в случае замыкания на землю.

Power Systems: Для максимальной надежности переключение передачи часто располагается близко к точке использования мощности (нагрузки). В большинстве коммерческих и многих промышленных установок критические нагрузки рассчитаны на 600 вольт или меньше. Следующие системы аварийного питания обычно используются для питания нагрузок между фазой и нейтралью и должны быть надежно заземлены:

240/120 В, однофазная, трехпроводная система
480/240 В, однофазная, трехпроводная система
208Y / 120 В, трехфазная, четырехпроводная система звезда
480Y / 277 В, три -фазная, четырехпроводная система «звезда»
600/347 В, трехфазная, четырехпроводная система «звезда»
240/120 В, трехфазная, четырехпроводная система, треугольник

Системы с глухим заземлением: Для облегчения работы устройства максимального тока заземляющие проводники оборудования для систем с глухим заземлением должны быть соединены с заземленным проводом системы на сервисном оборудовании и у источника отдельно выделенной системы (резервной или аварийной).Это соединение завершает путь возврата тока замыкания на землю от заземляющих проводов оборудования к заземленному проводнику системы. Проводники заземления системы и заземляющие электроды не предназначены для проведения тока замыкания на землю, возникающего из-за замыкания на землю в оборудовании, кабельных каналах и других корпусах. В системах с глухим заземлением ток замыкания на землю протекает через путь заземления оборудования.

Системы с глухим заземлением обеспечивают максимальный контроль перенапряжений, но приводят к самым высоким значениям тока замыкания на землю.Однако внутреннее регулирование генераторов с альтернативным источником обычно ограничивает доступный ток короткого замыкания. Если необходимо обслуживать нагрузки между фазой и нейтралью, заземление нейтрали генератора с высоким сопротивлением не допускается, поскольку нейтраль никогда не должна использоваться в качестве проводника цепи в системах, заземленных через высокое сопротивление.

Заземление оборудования

Важно, чтобы все открытые металлические части электрического оборудования были прикреплены к заземляющему электроду. Сюда входят металлические детали, такие как рамы двигателя-генератора, металлические кожухи кабелепроводов и кабельных каналов, кабельные лотки, экраны кабелей, а также металлические стойки и лестницы в хранилищах.

Назначение заземления оборудования: Назначение заземления оборудования — обеспечение следующих функций:

1. Для поддержания низкой разности потенциалов между ближайшими металлическими элементами и, таким образом, защиты людей в зоне поражения электрическим током.
2. Для облегчения работы устройств защиты цепей путем создания проводящих путей с низким импедансом для токов замыкания на землю.
3. Обеспечить эффективную систему электрических проводов, по которой могут протекать токи замыкания на землю, не создавая опасности возгорания или взрыва.

Пути заземления оборудования: Только путем обеспечения надлежащих путей заземления оборудования для металлических кожухов, рамы генераторной установки двигателя и т. Д. Таким образом, чтобы обеспечить адекватную токонесущую способность и достаточно низкое значение импеданса цепи замыкания на землю, можно избежать как опасности поражения электрическим током, так и опасности возгорания. Технические исследования показали, что важно иметь хорошие электрические соединения между участками кабелепровода или металлическими кабелепроводами, которые используются в качестве путей заземления оборудования, и гарантировать адекватную площадь поперечного сечения и проводимость этих путей заземления.Если системы надежно заземлены, заземляющие проводники оборудования присоединяются к заземленному проводнику системы и проводнику заземляющего электрода на сервисном оборудовании и у источника отдельно выделенной системы в соответствии с требованиями разделов 250.30, 250.64 и 250.130 NEC.

Такая же сеть путей заземления оборудования требуется для систем с глухим заземлением, заземлением с высоким сопротивлением или незаземленным. Пути заземления оборудования в заземленных или незаземленных системах с высоким сопротивлением обеспечивают защиту от ударов и являются проводящим путем для межфазного тока короткого замыкания, если два замыкания на землю происходят одновременно на разных фазных проводниках.

Рама двигателя-генератора: Рама двигателя-генератора, кожух автоматического резерва, кабелепроводы и другие открытые компоненты системы аварийного электроснабжения должны быть прочно соединены вместе и подключены к заземленному проводу вспомогательного оборудования, обеспечивающего нормальную мощность, и / или заземленному. кондуктор ДВС. С помощью проводов заземляющих электродов эти заземленные проводники подключаются к заземляющим электродам в их соответствующих местах.

Национальный электротехнический кодекс разрешает использовать заземляющий электрод в качестве металлической подземной водопроводной трубы, которая может быть частью муниципальной системы водопровода или колодца в помещении. Однако не следует использовать заглубленные участки водопроводной системы длиной менее 10 футов или которые могут содержать пластмассовые или цементные материалы. Для небольших систем аварийного электроснабжения, где токи в земле имеют относительно низкую величину, существующие системы подземных водопроводных труб обычно предпочтительны в качестве электродов, поскольку они экономичны с точки зрения затрат.Тем не менее, прежде чем можно будет полагаться на какие-либо существующие электроды, важно измерить их сопротивление относительно земли, чтобы убедиться, что некоторые непредвиденные нарушения сплошности серьезно не повлияли на их пригодность. Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы все части, которые могут отсоединиться, были эффективно соединены гибкими перемычками.

Безобрывное переключение

Двигатель-генераторная установка может или не может рассматриваться как часть «отдельно производной системы», как это определено в статье 100 Национального электротехнического кодекса . :

Отдельно производные системы. Электропроводка в помещении, питание которой поступает от батареи, солнечной фотоэлектрической системы или от обмоток генератора, трансформатора или преобразователя, и которая не имеет прямого электрического соединения, включая жестко соединенный заземленный проводник цепи, с проводниками питания, идущими в другая система.

Двигатель-генераторная установка может рассматриваться как часть отдельно производной системы с отдельно заземленной нейтралью, если соответствующий переключатель обеспечивает переключение нейтрального проводника.Поэтому, чтобы соответствовать определению Национального электротехнического кодекса для отдельно производных систем, заземление нейтральной клеммы двигателя-генератора может быть выполнено только одним из двух методов:

1. Постоянно заземляйте нейтральную клемму двигателя-генератора только на заземляющем электроде входящей сети для обычного источника электроснабжения. Не будет переключения нейтрального проводника, и поэтому аварийный или резервный источник не будет считаться отдельно производной системой.Позже стало очевидно, что этот метод не решает всех проблем с обнаружением замыкания на землю.
2. Надежно заземлите нейтральный вывод двигателя-генератора на месте. Это потребует переключения нейтрального проводника, а аварийный источник будет определен как отдельно производная система.

Обеспечение надежной защиты от замыканий на землю в электрических системах с альтернативным аварийным или резервным питанием может быть затруднено, если не будет выбрано и должным образом скоординировано соответствующее оборудование.Множественные соединения нейтрали с землей могут помешать адекватному обнаружению токов замыкания на землю, а также могут вызвать ложное срабатывание автоматических выключателей. Для обеспечения надлежащей защиты от замыканий на землю может оказаться полезным понимание требований кодов, включая разделы 230.95, 250.30 и 445.3 NEC .

Существует три подхода, которые следует учитывать при выполнении текущих требований Кодекса. Для трехфазной 4-проводной системы с заземлением они включают (1) использование 3-полюсного безобрывного переключателя с двигателем-генератором, рассматриваемым как источник, не являющийся производным отдельно, (2) использование 4-полюсного безобрывного переключателя с двигателем. генераторная установка, рассматриваемая как отдельно производный источник, и (3) использующая 3-полюсный передаточный переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами, с мотор-генераторной установкой, рассматриваемой как отдельно производный источник.Однако простое выполнение минимальных требований Кодекса не обязательно обеспечивает степень надежности, необходимую для хорошей системы аварийного электроснабжения. Проектировщик системы должен учитывать следующее: двигатель-генераторная установка часто находится на удалении от заземленного входа в коммунальные службы, и потенциалы заземления в двух местах могут не совпадать.

Рис. 1. Отсутствие защиты зоны с незаземленным двигателем-генератором, обеспечивающим питание нагрузки

Хорошая инженерная практика требует, чтобы автоматический переключатель был расположен как можно ближе к нагрузке, чтобы обеспечить максимальную защиту от сбоев питания из-за отказов кабеля или оборудования на объекте (защита зоны).Таким образом, расстояние кабеля между входящей сетью и переключателем, а затем и двигателем-генератором может быть значительным. Подумайте, что произойдет, если произойдет сбой кабеля, как показано на рисунке 1, если двигатель-генератор не будет заземлен на собственный заземляющий электрод. Нагрузка будет автоматически переведена на незаземленную систему аварийного электроснабжения. Это, в свою очередь, может поставить под угрозу бесперебойную работу службы экстренной помощи и привести к дополнительным сбоям. Одновременный отказ оборудования или отказ кабеля (разрыв между линией и заземлением оборудования) после перехода в аварийный режим может не быть обнаружен.Таким образом, корпус генератора может приближаться к линейному потенциалу, вызывая значительную разницу напряжений между корпусом генератора и заземленным проводом (нейтралью).

Некоторые местные нормы и правила требуют защиты от замыкания на землю во время работы двигателя-генератора. Это может вызвать проблемы с обнаружением, если нейтральный провод генератора не подключен к заземляющему электроду в месте расположения генератора и не обеспечена надлежащая изоляция нейтралей. Кроме того, некоторые местные нормы и правила штата (Пенсильвания и Массачусетс) требуют защиты территории, что может создать дополнительные проблемы, если нейтральный проводник генератора не изолирован и не заземлен в месте расположения генератора.

Когда безобрывный переключатель находится в аварийном положении, могут возникнуть другие проблемы, если двигатель-генератор не заземлен должным образом. Например, состояние замыкания на землю может вызвать ложное срабатывание автоматического выключателя при замыкании на землю источника, даже если ток нагрузки не течет через выключатель. Это предотвратит автоматический возврат к нормальному источнику и изоляцию состояния отказа. Это не согласуется с разделом 230.95 (C) FPN № 3 Национального электротехнического кодекса, который гласит: «Если для средств отключения обслуживания предусмотрена защита от замыканий на землю, а соединение выполняется с другой системой электроснабжения с помощью передаточного устройства. , могут потребоваться средства или устройства для обеспечения надлежащего обнаружения замыкания на землю оборудованием защиты от замыкания на землю.Кроме того, как нормальный нейтральный проводник, так и аварийный нейтральный проводник будут одновременно уязвимы для одного и того же тока замыкания на землю. Таким образом, единичный отказ может поставить под угрозу подачу питания критических нагрузок, даже если имеется как энергоснабжение, так и аварийное электроснабжение. Такое состояние может быть нарушением правил, требующих независимой проводки и отдельных аварийных фидеров.

Трехполюсная автоматическая коммутация: Использование трехполюсных безобрывных переключателей является наименее дорогостоящим

Рисунок 2.Неправильное определение замыкания на землю

и требует меньше места, и система не считается «отдельно производной системой». Однако токи замыкания на землю могут привести к срабатыванию автоматического выключателя источника, когда нагрузка подключена к двигателю-генератору (см. Диаграмму на рисунке 2). Кроме того, использование 3-полюсных автоматических переключателей не обеспечивает защиты зоны на объекте, и это может привести к незаземленной энергосистеме в случае отказа кабеля (см. Диаграмму на рисунке 1). Наконец, с нейтральным проводником, подключенным к входящей нормальной сети, трудно обеспечить обнаружение замыкания на землю на аварийной стороне, как это требуется в соответствии с разделом 700.7 (D) Национального электротехнического кодекса.

Четырехполюсный автоматический переключатель: Лучшим решением является использование четырехполюсного безобрывного переключателя, который обеспечивает полную изоляцию рабочего провода и нулевого провода генератора. Это исключает возможность неправильного определения замыкания на землю и ложных отключений, вызванных множественными соединениями нейтрали с землей. Когда это будет сделано, генератор будет соответствовать определению отдельно производной системы в соответствии с действующим Национальным электротехническим кодексом. Когда нейтрали изолированы таким образом, к выходу генератора можно добавить защиту от замыкания на землю с помощью обычных датчиков.

Фото 2. Безобрывный переключатель с переключенным нейтральным проводом

Четырехполюсные автоматические переключатели успешно применяются в приложениях, где нагрузки пассивны и относительно сбалансированы. Однако несбалансированные нагрузки могут вызывать аномальные напряжения на срок от 10 до 15 миллисекунд, когда нейтральный провод мгновенно размыкается во время переключения нагрузки. Автоматические переключатели часто используются для работы во время полного дисбаланса нагрузки, вызванного однофазным режимом.Индуктивные нагрузки могут вызвать дополнительные высокие переходные напряжения в микросекундном диапазоне. Кроме того, следует помнить, что контакты четвертого переключающего полюса действительно прерывают токи нейтрали и, следовательно, подвержены дуге и эрозии контактов. Однако эрозию контактов четвертого полюса можно свести к минимуму, если четвертый полюс предназначен для размыкания последним (после того, как три других полюса прерывают ток нагрузки) и создания первого контакта без дребезга. В любом случае, хорошая программа технического обслуживания должна периодически подтверждать целостность четвертого полюса как токонесущего элемента с достаточно низким импедансом.

И Национальный электротехнический кодекс , и Underwriters Laboratories, Inc. признают использование четырехполюсных переключателей для 3-фазных, 4-проводных систем. В некоторых европейских странах, включая Германию и Францию, обязательно использовать 4-полюсные коммутационные устройства.

Перекрывающиеся нейтральные контакты: Другой метод изоляции нормальной и аварийной нейтрали источника — использование трехполюсного автоматического переключателя резерва с перекрывающимися переключающими контактами нейтрали. Эта функция обеспечивает необходимую изоляцию между нейтралью и в то же время сводит к минимуму аномальные коммутационные напряжения.Посредством перекрывающихся контактов нейтрали нормального и аварийного источников питания соединяются вместе только во время переключения и обратного переключения. С обычным двухходовым переключателем с электромагнитным управлением эта продолжительность может быть меньше, чем время срабатывания датчика замыкания на землю, которое обычно устанавливается в пределах от 6 до 24 циклов (от 100 до 400 миллисекунд).

Рисунок 3. Система с перекрывающимися нейтральными контактами

На рис. 3 показана типичная система, в которой используется трехполюсный переключатель с перекрывающимися нейтральными переключающими контактами для изоляции нейтральных проводников.Обратите внимание, что нет возможного протекания тока короткого замыкания через нейтральный проводник, который бы отвлекал или эффективно уменьшал обнаружение замыкания на землю. Кроме того, нет возможности протекать несимметричный ток через нейтраль генератора, чтобы изменить уровень срабатывания датчика замыкания на землю и, возможно, вызвать ложное срабатывание прерывателя. Как и в случае с четырехполюсным автоматическим переключателем, к аварийной стороне можно легко добавить обычный датчик замыкания на землю. Как показано на рисунке 3, обнаружение замыкания на землю на аварийной стороне часто используется для срабатывания цепи аварийной сигнализации, а не для отключения выключателя, как это требуется в Разделе 700.7 (D) Национального электротехнического кодекса.

При перекрывающихся переключающих контактах нейтраль нагрузки всегда подключается к одному источнику питания. Поскольку при срабатывании безобрывного переключателя отсутствует мгновенное размыкание нейтрального проводника, аномальные и переходные напряжения сводятся к минимуму. Еще одно преимущество состоит в том, что отсутствует эрозия перекрывающихся контактов из-за образования дуги, что обеспечивает целостность проводки по току и отсутствие увеличения импеданса нейтральной цепи. Следует отметить, что 3-полюсный автоматический переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами не следует указывать как 4-полюсный переключатель в соответствии со стандартом UL-1008 Underwriters Laboratories и Национальным электротехническим кодексом .

Выбор оборудования для безобрывной коммутации: Для трехфазных четырехпроводных систем с одним безобрывным переключателем и одним двигателем-генератором ответы на вопросы в таблице 1 служат руководством при выборе типа безобрывного переключателя, необходимого для конкретного применения.

Если ответы на первые три вопроса (a, b и c) все «да», необходимо использовать 4-полюсный безобрывный переключатель или 3-полюсный безобрывный переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами, чтобы удовлетворить требованиям. Национального электротехнического кодекса 1999 года.Если на любой из этих вопросов дан ответ «нет», переходите к вопросам d и e.

Если ответ «да» на вопрос d или e, используйте 4-полюсный безобрывный переключатель или 3-полюсный безобрывный переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами, чтобы удовлетворить требованиям Национального электротехнического кодекса. Если на оба вопроса ответ «нет», можно использовать менее дорогой трехполюсный переключатель без перекрывающихся нейтральных контактов. Затем нейтральный вывод генератора должен быть заземлен на вводе нормального источника.

Таблица 1. Руководство по выбору типа безобрывного переключателя

Хотя приведенные выше вопросы относятся к трехфазным четырехпроводным системам, тот же подход может быть использован для однофазных трехпроводных систем для определения оборудования переключения передачи. Однако большинство однофазных систем имеют ток 400 ампер или меньше, и поэтому их можно удовлетворить с помощью двухполюсных переключателей. Следует иметь в виду, что описанный выше подход к выбору применяется только к приложениям с одним двигателем-генератором и одним передаточным переключателем.

Несколько автоматических переключателей: Несколько безобрывных переключателей, расположенных близко к нагрузкам, часто используются вместо одного безобрывного переключателя для всей нагрузки. В таких случаях следует учитывать возможность отказа кабеля или оборудования между вспомогательным оборудованием и переключателями, что может привести к тому, что аварийная или резервная система питания станет незаземленной. Это особенно важно, если неразъемный нейтральный проводник заземляется только на вспомогательном оборудовании.

Рис. 4. Несколько автоматов резерва с неправильным обнаружением замыкания на землю

В таких условиях существует возможность отключения цепей замыкания на землю, когда замыкания на землю нет. На рисунке 4 показана типичная система с несколькими трехполюсными переключателями. Когда питание подается от обычного источника к нагрузке через безобрывный переключатель, нейтральный ток будет делиться между двумя нейтральными проводниками. Часть тока вернется по обычному пути возврата.Остальной ток будет течь к нейтральному выводу двигателя-генератора и через нейтральный провод другого переключателя к нормальному источнику. Это может вызвать отключение любого автоматического выключателя при замыкании на землю, даже если замыкания на землю нет. Проблему можно исправить, используя трехполюсные переключатели с перекрывающейся нейтралью или четырехполюсные переключатели.

Несколько агрегатов двигатель-генератор: Когда несколько агрегатов двигатель-генератор подключены параллельно и служат общим источником энергии, каждая нейтраль генератора обычно подключается к общей шине нейтрали в параллельном распределительном устройстве, которое, в свою очередь, заземлен.Соответствующее распределительное устройство, содержащее нейтральную шину, должно располагаться поблизости от генераторных установок. Один провод заземления системы между нулевой шиной и землей упрощает добавление оборудования для измерения замыкания на землю.

Однако для агрегатов двигатель-генератор, которые физически разделены и используются для изолированных нагрузок, могут потребоваться дополнительные соединения нейтрали с землей. Используя несколько четырехполюсных переключателей или трехполюсных переключателей с перекрывающимися нейтральными контактами, можно получить надлежащую изоляцию и определение замыкания на землю.

Модернизация оборудования безобрывной коммутации: Модернизация старого оборудования с безобрывной коммутацией в соответствии с действующими нормами и стандартами может стать реальной проблемой, особенно для более крупных и сложных промышленных и коммерческих объектов. Осведомленность о том, что трехполюсные автоматические переключатели не всегда могут обеспечить полную изоляцию и надлежащее определение замыкания на землю, в прошлом не было слишком очевидным. В связи с тем, что обновляется все больше аварийных и резервных систем питания, к проблемам безопасности и ответственности за продукцию не следует относиться слишком легкомысленно.Это обстоятельство дает еще одну причину, по которой модернизированные установки включают в себя соответствующее заземление и, предпочтительно, новые переключатели, обеспечивающие переключение нейтрального проводника. Независимо от того, требуется ли определение замыкания на землю, правильное переключение нейтрального проводника является хорошей инженерной практикой из-за изоляции системы, улучшенного заземления и дополнительной безопасности, которую оно может обеспечить.

Выводы

Как указано в этой статье, существует ряд факторов, которые следует учитывать при координации переключения передачи и заземления генераторных установок двигателя.Простое соблюдение минимальных требований кодекса не обязательно гарантирует степень надежности, требуемую для таких систем. Следует тщательно продумать защиту от перебоев в подаче электроэнергии в здании или сооружении и обеспечить адекватную защиту от замыканий на землю. Методы заземления оборудования и системы должны быть такими, чтобы обеспечивать оптимальную безопасность и гарантировать максимальную непрерывность подачи питания на основные нагрузки. Это включает в себя надлежащее заземление и обнаружение замыкания на землю, когда переключатель передачи находится как в аварийном, так и в нормальном положении.

Как правило, в большинстве приложений, требующих обнаружения замыкания на землю, защиты зоны, нескольких переключателей передачи или нескольких генераторных установок двигателя, локальную мощность следует рассматривать как отдельно производную систему. В таких случаях нейтраль ДВС заземляется на месте.

В рамках данного документа не предполагается подробное описание всех аспектов заземления систем электроснабжения на объекте. Тем, кому требуется более подробная информация, может оказаться полезным следующий список ссылок.

Список литературы

[1] EGSA On-Site Power Generation: Справочник , четвертое издание, Ассоциация электрических генерирующих систем, Корал-Спрингс, Флорида.

[2] Национальный электротехнический кодекс , NFPA № 70-2002, Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, Массачусетс.

[3] IEEE Рекомендуемая практика заземления промышленных и коммерческих систем питания (Зеленая книга), Стандарт 142-1991, Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

[4] Стандарт для автоматических переключателей , UL 1008, Underwriters Laboratories, Мелвилл, Нью-Йорк.

[5] Надлежащее заземление систем электроснабжения на объекте , Р. Кастенскиолд и Г.С. Джонсон, журнал IEEE Industry Applications, март / апрель 2001 г., Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

[6] Рекомендуемая практика IEEE для аварийных и резервных систем питания (Оранжевая книга), стандарт 446-1995, Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Заземление нейтрали | Преимущества | Способы заземления нейтрали

Заземление нейтрали:

Заземление нейтрали обеспечивает защиту персонала и оборудования. Это связано с тем, что во время замыкания на землю путь тока завершается через заземленную нейтраль и защитные устройства (например,грамм. предохранитель и т. д.) служат для изоляции неисправного проводника от остальной системы. Этот момент проиллюстрирован на рис. 26.10.

На рис. 26.10 показана трехфазная система, соединенная звездой с заземленной нейтралью (т. Е. Нейтральная точка соединена с землей). Предположим, что на линии R в точке E возникает одиночная линия замыкания на землю. Это вызовет протекание тока через цепь заземления, как показано на рис. 26.10. Обратите внимание, что ток течет от R-фазы к земле, затем к нейтральной точке N и обратно к R-фазе.Поскольку полное сопротивление пути тока невелико, по нему протекает большой ток.

Этот большой ток приведет к срабатыванию предохранителя в R-фазе и изолирует неисправную линию R. Это защитит систему от вредных последствий (например, повреждение оборудования, поражение персонала электрическим током и т. Д.) Неисправности. Одной из важных особенностей заземленной нейтрали является то, что разность потенциалов между токоведущим проводом и землей не будет превышать фазное напряжение системы, то есть останется почти постоянной.

Преимущества нейтрального заземления:

Преимущества нейтрального заземления:

Напряжения исправных фаз не превышают линейных напряжений e. они остаются почти постоянными.
Устранены высокие напряжения из-за дуги на землю.
Защитные реле могут использоваться для защиты от замыканий на землю. В случае замыкания на землю в какой-либо линии срабатывает защитное реле, чтобы изолировать неисправную линию.
Перенапряжения от молнии отводятся на землю.
Обеспечивает большую безопасность персонала и оборудования.
Обеспечивает повышенную надежность обслуживания.
Снижены эксплуатационные и эксплуатационные расходы.

Преимущества незаземленной нейтрали:

В случае замыкания на землю в одной линии две исправные фазы будут продолжать обеспечивать нагрузку в течение короткого периода времени.
Снижены помехи линиям связи из-за отсутствия нулевой последовательности

Методы заземления нейтрали:

Для заземления нейтральной точки трехфазной системы обычно используются следующие методы:

Жесткое или эффективное заземление
Сопротивление заземления
Реактивное заземление
Заземление катушки Петерсона

Выбор метода заземления зависит от многих факторов, включая размер системы, напряжение в системе и используемую схему защиты.

Режимы работы нейтралей в электроустановках

Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями

Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

Трехфазные сети с эффективно-заземленными нейтралями

Сети с глухозаземленными нейтралями

Режимы нейтрали трансформатора в электроустановках: разновидности, инструкция

Общее представление

От чего зависит выбор нулевой точки соединения?

Изолированная

Эффективно заземленная

Заземленная через ДГК (ДГР)

Заземленная через низкоомный, высокоомный резистор

Глухозаземленная

Заключение

принцип действия и особенности эксплуатации

Механизм действия

Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью

Требования ПУЭ

Устройство и принцип действия сетей с глухозаземлённой нейтралью

Другие меры защиты

Принцип действия сетей с глухозаземленной нейтралью

Преимущества и недостатки системы

Отрывок, характеризующий Эффективно заземлённая нейтраль

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях

Нравится:

Заземленная система — обзор

[PDF] Преимущества и недостатки различных типов нейтрали

НЕЙТРАЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВА

Способы заземления нейтрали

Заземление альтернативного источника питания — журнал IAEI

Заземление нейтрали | Преимущества | Способы заземления нейтрали

Читайте также

Заложенный нос у грудничка: причины, лечение и профилактика

Особенности развития детей 4-5 лет: психология, навыки и воспитание

Как сделать детский домик своими руками: пошаговая инструкция и креативные идеи

Добавить комментарий Отменить ответ