Система электроснабжения с глухозаземленной нейтралью: Нейтраль — это… (определение, примеры)

Содержание

Нейтраль — это… (определение, примеры)

В этой статье мы рассмотрим, что такое нейтраль, что она из себя представляет и какое электрооборудование её имеет. Также мы рассмотрим, почему термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограни­ченное применение и их следует исключить из нормативной документации.

Что такое нейтраль?

Согласно определения из ГОСТ 30331.1-2013 [1]:

Нейтраль (neutral) — это общая часть многофазной системы переменного тока, соединённой звездой, находящаяся под напряжением, или средняя часть однофазной системы переменного тока, находящаяся под напряжением.

Какое электрооборудование имеет нейтрали?

Чтобы ответить на данный вопрос обратимся к книге [2] Ю.В. Харечко, который пишет:

« Некоторые виды электрооборудования переменного тока имеют нейтрали, например: трехфазные трансформаторы, генераторы и электродвигатели, обмотки которых соединены звездой, трехфазные электронагреватели, нагревательные элементы которых также соединены звездой.

В составе трехфазной электрической системы могут быть десятки, сотни и тысячи электротехнических изделий, имеющих нейтрали. »

[2]

Что представляет собой нейтраль?

Ю.В. Харечко в своей книге [2] вполне однозначно описал нейтраль:

« Нейтраль представляет собой общую токоведущую часть многофазного источника питания переменного тока. Нейтралью, например, является общий вывод обмоток трёхфазного электрогенератора или трансформатора, соединённых в звезду. У однофазного источника питания нейтралью является средняя токоведущая часть, например, средний вывод обмотки однофазного трансформатора или электрогенератора. Указанная токоведущая часть может быть заземлена или изолирована от земли. В нормативной документации (особенно в ПУЭ) ее соответственно называют глухозаземленной или изолированной нейтралью.

»

[2]

Найти нейтраль вы можете на рисунке 1 ниже (в качестве примера).

Рис. 1. Система TT трехфазная четырехпроводная (показана нейтраль) (на основе рисунка 31F1 ГОСТ 30331.1-2013)

Термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» корректны, если их правильно употребляют.

Если обратиться к книгам Ю.В. Харечко [2] и [3], то можно в них найти анализ действовавшей ранее и действующей в настоящее время нормативной документации в которой некорректно трактуются и употребляются данные термины. В частности Ю.В. Харечко вполне справедливо делает заключение:

« В нормативных требованиях термин «изолированная нейтраль» иногда используют недостаточно корректно. При соединении обмоток трехфазного электрогенератора или трансформатора треугольником у источника питания нет нейтрали

. Токоведущие части однофазного источника питания, имеющего одну обмотку, например выводы однофазного электрогенератора, также не являются нейтралью. Поэтому в низковольтных электрических системах переменного тока с так называемой «изолированной нейтралью» нейтрали, как таковой, может и не быть вовсе. В указанных случаях более правильно говорить об изолированных от земли токоведущих частях источника питания. »

[2]

« Поэтому термины «глухозаземленная нейтраль» и «изолированная нейтраль» имеют ограни­ченное применение. Их можно исключить из нормативных требо­ваний к низковольтным электроустановкам. Низковольтные элек­трические системы правильнее классифицировать по типам за­земления системы. В противном случае требования нормативных документов больше напоминают собой нагромождение понятий, повторяющих друг друга.

»

[3]

Список использованной литературы

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 1// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2011. – № 3. – 160 c.
  3. Харечко В.Н., Харечко Ю.В. Основы заземления электрических сетей и электроустановок зданий, 3-издание, 2004

отличия, заземление, понятие и принцип действия

Глухозаземленная нейтраль: принцип работы, устройство, особенности

В подавляющем большинстве электросетей (до 1 кВ) применяется глухозаземленная нейтраль, поскольку такое исполнение наиболее оптимально для действующих требований электробезопасности. Учитывая распространенность этой схемы заземления нейтрали, имеет смысл подробно ознакомиться с ее устройством, принципом работы и техническими особенностями, а также основными требованиями ПУЭ к электроустановкам до 1 кВ.

Что такое глухозаземленная нейтраль?

Начнем с определения нейтрали, в электротехнике под этим термином подразумевается точка в месте соединения всех фазных обмоток трансформаторов и генераторов, когда применяется тип подключения «Звезда». Соответственно, при включении «Треугольником» нейтрали быть не может.

Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»

Если нейтраль обмоток генератора или трансформатора заземлить, то такая система получит название глухозаземленной, с ее организацией можно ознакомиться ниже.

Рис. 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью

Устройство сетей с голухозаземленной нейтралью

Как видно из рисунка 2, характерной особенностью электросетей TN типа является заземление нейтрали. Заметим, что в данном случае речь идет не о защитном заземлении, а о рабочем соединении между нейтралью и заземляющим контуром. Согласно действующим нормам, максимальное сопротивление такого соединения — 4-е Ома (для сетей 0,4 кВ). При этом нулевой провод, идущий от глухозаземленной средней точки, должен сохранять свою целостность, то есть, не коммутироваться и не оборудоваться защитными устройствами, например, предохранителями или автоматическими выключателями.

В ВЛ до 1-го кВ, используемых в системах с глухозаземленной нейтралью, нулевые провода прокладываются на опорах, как и фазные. В местах, где делается отвод от ЛЭП, а также через каждые 200,0 метров магистрали, положено повторно заземлять нулевые линии.

Пример устройства сети TN-C-S

Если от трансформаторных подстанций отводятся кабели к потребителю, то при использовании схемы с глухозаземленной нейтралью, длина такой магистрали не может превышать 200,0 метров. На вводных РУ также следует подключать шину РЕ к контуру заземления, что касается нулевого провода, то необходимость в его подключении к «земле» зависит от схемы исполнения.

Технические особенности

В данной системе, где используется общая средняя точка, помимо межфазного присутствует и фазное напряжение. Последнее образуется между рабочим нулем и линейными проводами. Наглядно отличие первого от второго продемонстрировано ниже.

Разница между фазным и линейным напряжением

Разность потенциалов UF1, UF2 и UF3 принято называть фазными, а величины UL1, UL2 и UL3 – линейными или межфазными. Характерно, что UL превышает UF примерно в 1,72 раза.

В идеально сбалансированной сети трехфазного электрического тока должны выполняться поддерживаться следующие соотношения:

На практике добиться такого результата невозможно по ряду причин, например из-за неравномерной нагрузки, токов утечки, плохой изоляции фазных проводников и т.д. Когда нейтраль заземлена, дисбаланс линейных и фазных характеристик энергосистемы существенно снижается, то есть, рабочий ноль позволяет выравнивать потенциалы.

Обрыв нулевого провода считается серьезной аварией, которая с большой вероятностью приведет к нарушению симметрии нагрузки, более известной под термином «перекос фаз». В таких случаях в сетях однофазных потребителей произойдет резкое увеличение амплитуды электрического тока, что с большой вероятностью выведет из строя оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В. Получить более подробную информацию о перекосе фаз и способах защиты от него, можно на страницах нашего сайта.

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.

Отличия глухозаземленной нейтрали от изолированной

Чтобы дать объяснить различие необходимо, кратко рассказать об основных особенностях изолированной нейтрали, пример такого исполнения приведен ниже.

Рис. 6. Электроустановка с изолированной нейтралью

Как видно из рисунка при данном способе нейтраль изолирована от контура заземления (в случае соединения обмоток «треугольником» она вообще отсутствует), поэтому открытые проводящие части (далее по тексту ОПЧ) электроустановок заземляются независимо от сети. Основное преимущество такой системы заключается в том, что при первом однофазном замыкании можно не производить защитное отключение. Это несомненный плюс для высоковольтных линий, поскольку обеспечивается более высокая надежность электроснабжения. К сожалению, такой режим заземления не удовлетворяет требования электробезопасности для сетей конечных потребителей.

Низкий уровень электробезопасности основной, но не единственный недостаток изолированной нейтрали, с их полным списком, а также другими особенностями этой схемы электроснабжения, можно ознакомиться на нашем сайте.

Системы TN и её подсистемы

Начнем с аббревиатуры. Первые две буквы характеризуют вариант исполнения заземления для нейтрали и ОПЧ соответственно. Варианты для первой литеры:

  • T (от англ. terra — земля) — обозначает глухозаземленную нейтраль.
  • I (от англ. isolate — изолировать) – указывает, что соединение с «землей» отсутствует.

Варианты вторых литер говорят об исполнении заземления ОПЧ: N или Т, используется глухозаземленная нейтраль или независимый контур, соответственно.

Сейчас практикуется три схемы нейтрали:

  1. Эффективное заземление обозначается, как ТТ. Особенность такой схемы заключается в том, что глухозаземленный вывод (N)считается рабочим проводом, а для защиты используется собственный заземляющий проводник (РЕ). Схема заземления ТТ
  2. Изолированная нейтраль (принятое обозначение IT), схема системы была представлена выше на рис. 6.
  3. Вариант TN (глухозаземленное исполнение).

У последнего варианта исполнения есть три подвида:

  • Совмещенный вариант, принятое обозначение TN-С. У данного подвида защитный нуль соединен с нейтральным проводом, что не обеспечивает должного уровня электробезопасности. При обрыве РЕ+N защитное зануление становится бесполезным. Это основная причина, по которой от системы TN-C постепенно отказываются. Схема заземления TN-С
  • Вариант TN-S, нулевой и защитный проводники проложены раздельно. Такая схема наиболее безопасна, но для нее требуется использовать не 4-х, а 5-ти жильный кабель, что повышает стоимость реализации. Схема заземления TN-S
  • Подсистема, совмещающая в себе два предыдущих варианта – TN-C-S. От подстанции до ввода потребителя идет один провод, в РУ он подключается к шинам PE, N и заземляющему контуру. Такая подсистема заземленной нейтрали сейчас наиболее распространена. Схема заземления TN-C-S

Требования ПУЭ

В Правилах нормам и требованиям к глухозаземленной посвящена глава 1.7, приведем наиболее значимые выдержки из нее:

  • Для подключения нейтрали к контуру заземления необходимо использовать специальный проводник.
  • При выборе места под заземляющее устройство следует исходить из минимально допустимого расстояния между ним и нейтралью.
  • Если в качестве заземления используется жб конструкция фундамента, то к его армирующему основанию следует подключаться не менее чем в 2-х точках, это гарантирует наиболее эффективную защиту.
  • Сопротивление заземляющего проводника для трехфазной цепи электрической сети 0,4 кВ имеет ограничение 4-е Ома. В исключительных случаях эта норма может быть пересмотрена исходя из характеристик грунта.
  • В линии глухозаземленной нейтрали запрещено устанавливать предохранители, защитные устройства и другие элементы, способные нарушить целостность проводника.
  • Правилами предписывается обеспечить заземляющему проводнику надежную защиту от механических повреждений.
  • ВЛ должна быть оборудована дублирующими заземлителями, они устанавливаются в начале и конце линии, на отводах, а также через каждые 200 м.
  • Дублирующее заземление должно выполняться и на вводе потребителя и обязательно указываться в схеме щитка ВРУ.
  • При организации бытовых однофазных сетей от ВРУ должна выполняться разводка тремя проводами, один из которых фаза, второй – ноль (N) и третий – защитный (РЕ).
  • Скорость срабатывания защитных автоматов, установленных в однофазных сетях с глухозаземленной нейтралью, не должна быть продолжительней 0,40 сек.

Что такое глухозаземленная нейтраль – ее плюсы и минусы

Уберечь человека от поражения электрическим током во время возникновения аварийных ситуаций помогает глухозаземленная нейтраль, обеспечивающая его защитное отключение. Это становится возможным за счет выравнивания потенциалов и срабатывания устройства в момент возрастания силы тока.

Нужно понимать, что использование этого механизма в реальной жизни так же, как и с изолированной нейтралью, строго регулируется специальными правилам устройства электроустановок (ПУЭ).

Принцип действия

Согласно Правилам, под этим термином стоит понимать соединение трансформатора (нейтрали генератора) с устройством для заземления. Так, например, если речь идет о трехпроводной сети, прокладываемой к жилому дому от источника питания, нейтраль будет распределена по щиткам с последующим к ней подключением контуров заземления электрооборудования дома. Цепь такого рода не допускает установку предохранителей, подверженных плавлению, и устройств, способных выступить в роли разрушителей единства цепи.

Рабочий ноль — проводник, работающий в тандеме с третьим проводом. Они помогают создавать в доме нужное для работы основных электроприборов напряжение.

Плакат по электробезопасности «Установки с глухозаземленной нейтралью»

Рассмотрим пример аварийной ситуации. В стиральной машине вибрация стала причиной отсоединения фазного провода от места крепления, что привело к его контакту с металлическим корпусом. Что происходит? Короткое замыкание, в процессе чего сила тока быстро набирает обороты. Автовыключатель справится с задачей — питание отключится. Человек, случайно коснувшийся провода, не будет поражен током, так как сопротивление R0 окажется меньше, чем при прохождении тока через человеческое тело.

Для эффективной работы системы с глухозаземленной нейтралью или с изолированной нейтралью (без подключения к устройству заземления) в ответственный момент важно опять же следовать Правилам.

Достоинства и недостатки метода

Система имеет как плюсы, так и минусы.

К достоинствам можно отнести следующие факты:

  1. Сеть незаменима в процессе подавления перенапряжений.
  2. Нейтраль данного типа открывает возможности в использовании оборудования с таким уровнем изоляции, который изначально предполагает фазное напряжение.
  3. Не потребуется специальная схема защиты, достаточно будет обычных функций защиты от тока перегрузки в фазах для удаления глухих замыканий фазы на землю.

К минусам стоит отнеси:

  1. Сети с нейтралью глухозаземленного типа — это риск повреждений и помех вследствие большого замыкания тока на землю.
  2. Фидер после повреждения будет работать со сбоями.
  3. Сохраняется опасность для человека во время действия повреждения в результате создания высокого напряжения прикосновения.

3-фазная сеть с глухозаземленной нейтралью

Немного о применении метода заземления с глухозаземленной нейтралью: его не выбирают для создания подземных или воздушных сетей среднего напряжения в Европе, зато активно используют в распределительных сетях североамериканских объектов. Целесообразно использование глухозаземленной нейтрали в случаях маломощности источника при коротком замыкании.

Что такое системы TN

TN будут называться системы с использованием глухозаземленной нейтрали для подключения защитных и нулевых функциональных проводников. Важный момент — в таких системах к нулевому проводнику, в свою очередь соединенному с нейтралью, должны быть подключены все корпусные электропроводящие детали.

Такая система отличается подключением нейтрали к контуру заземления вблизи трансформаторной подстанции. Нейтраль в этом случае не заземляется с помощью дугогасящего реактора.

На предприятиях промышленного типа наиболее целесообразными являются четырехпроводные трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В со вторичной обмоткой, объединенной в звезду и наглухо соединенной нейтральной точкой с устройством для заземления.

Двигатели при подключении к фазам сети питаются при линейном напряжении, источником питания ламп является фазное напряжение при подключении их между нейтральными и фазными проводами. N -проводу отводится сразу две роли — он является рабочим, необходимым для присоединения однофазных приемников, и проводом зануления с присоединенными металлическими корпусами установок, которые не находятся под нормальным напряжением.

Зануление пробоя изоляции обмотки двигателя приведет к появлению большого тока короткого замыкания и срабатыванию механизма защиты, в результате чего двигатель будет отключен от сети. В случае отсутствия зануления корпуса двигателя повреждение изоляции обмотки приведет к созданию опасной ситуации на корпусе касательно земли.

В случае однофазного КЗ на землю относительно нее напряжения на целых фазах остается прежним, поэтому изоляция может быть устроена с уклоном не на линейное, а на фазное напряжение.

Итак, глухозаземленной нейтралью называется нейтраль генератора или трансформатора, которая подсоединена к заземляющему устройству.

Главным преимуществом ее использования является возможность предотвращения воспламенения электропроводки за счет автоматического отключения поврежденного участка от сети. Кроме того, в случае короткого замыкания между нейтральным проводом и поврежденной фазой и соответственно увеличивающимся током срабатывают токовые реле, опасность поражения сводится к минимуму.

Глухозаземленная нейтраль. Устройство и работа. Применение

Схема сети с глухозаземленной нейтралью служит для защиты человека от поражения электрическим током. В аварийных случаях глухозаземленная нейтраль выравнивает потенциалы, вследствие чего касание человека к металлическим частям электрооборудования становится безопасным.

Защитное устройство также сыграет свою роль в аварийных ситуациях, отключив подачу питания, так как при коротких замыканиях сила тока в сети возрастает.

Глухозаземленная нейтраль — устройство и работа

Питание потребителей электрической энергией производится с помощью силовых трансформаторов и генераторов. Чаще всего обмотки трех фаз этих устройств соединены по схеме звезды, в которой общая точка является нейтралью. Если эта нейтраль соединена с заземлением через малое сопротивление, либо напрямую, непосредственно возле источника питания, то ее называют глухозаземленная нейтраль.

Рис 1

Применяются также и другие режимы работы нейтрали с заземлением, в зависимости от режимов работы сети при замыканиях на землю, необходимых методов защиты человека от удара током, методов ограничения перенапряжений с:
  • Эффективно заземленной нейтралью.
  • Незаземленной нейтралью.
  • Компенсированной нейтралью.

Такие режимы используются для электрических устройств на 6 киловольт и более. Изолированная нейтраль используется до 1 кВ, и не нашла широкого применения. Она делает безопасной работу только передвижных устройств, в которых невозможно выполнить контур заземления.

Монтаж на нейтрали устройств компенсации дает возможность снизить емкостный ток замыкания устройств, действующих с напряжением более 1 кВ. Компенсация производится с помощью катушек индуктивности, вследствие чего ток в точке замыкания становится нулевым. Для эффективной работы защиты применяется заземление нейтрали резистором. Он образует активную часть тока, на который действует защитное реле.

Глухозаземленная нейтраль является наиболее эффективным способом защиты людей от поражения током. Она применяется в большинстве электрических сетей питания. Напряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нолем – фазным. Номинальное напряжение электроустановки определяется по линейному значению напряжения.

Оно может быть 220, 380, 660 вольт. В бытовых сетях питания напряжение равно 380 вольт.

Однофазные потребители подключаются между фазами и нолем равномерно. Силовой трансформатор на подстанции имеет заземляющий контур. В него входят металлические детали, соединенные между собой, и углубленные в землю. Размеры контура определяют с учетом эффективного распределения тока по земле при замыкании.

Работоспособность заземления определяется величиной сопротивления растекания тока. Допустимые величины этого параметра указаны в правилах электроустановок. Для электроподстанций сопротивление заземления не должно быть выше 4 Ом при напряжении 380 вольт.

Заземляющий контур соединяется с нулевой шиной, выполненной в виде металлической полосы. К ней подключается провод нулевого вывода трансформатора. Также к ней подключаются жилы кабелей, которые отходят к потребителям. Фазы подключаются к автоматическим выключателям, рубильникам, контактам предохранителей.

Кабели, отходящие от подстанции, имеют четыре жилы. В кабелях старого образца могут быть три жилы в алюминиевой оболочке, которая выступает в качестве провода ноля. Для ввода питания существуют вводные распределительные устройства, которые содержат шину ноля. К ней присоединяют нулевые жилы отходящих и питающих кабелей. Вводное устройство может иметь контур повторного заземления, подключенного также к шине ноля.

Чтобы понять, как работает глухозаземленная нейтраль, рассмотрим аварийный режим.

Пример аварийного случая

На некотором электрооборудовании, на котором работают люди, произошел обрыв провода фазы. При этом фазный провод прикоснулся к металлическим корпусным элементам. В результате возникло короткое замыкание, при котором резко повысилась сила тока. Плавкий предохранитель или электрический автомат сработают и отключат питание сети.

Резистор R0 (Рис. 1) будет иметь меньшее сопротивление, нежели сопротивление по пути протекания тока по телу человека, который случайно прикоснулся фазного проводника. Это исключает удар электрическим током.

В теории потенциал провода ноля относительно земли имеет нулевое значение. Повторное заземление в электроустановке потребителя упрочняет эту нулевую величину.

Возможные случаи поражения людей током:
  • Ошибки при эксплуатации и ремонте, которые приводят к прикосновению к частям и элементам оборудования, находящегося под напряжением.
  • Повреждение изоляции в электрооборудовании, в результате чего металлический корпус попадает под напряжение.
  • Повреждение изоляции токоведущих элементов или неисправность электрооборудования, вследствие чего на поверхности пола возникает зона разности потенциалов, которая создает опасность для прохождения в ней людей. Это называется шаговым напряжением.
  • Повреждение изоляции кабелей и проводников, вследствие чего металлические конструкции, по которым проходят кабели, оказываются под напряжением.

Чтобы исключить аварийные случаи, корпуса устройств соединяют с заземлением. В промышленности по периметру цехов прокладывают металлическую полосу, к которой подключают все металлические элементы. Таким образом уравниваются потенциалы с землей.

При замыкании фазы на корпус заземленного устройства, ток будет протекать к заземлению, даже при отказе защитных устройств. Сопротивление тела человека относительно земли значительно выше сопротивления между корпусом устройства и землей. Таким образом, человека спасает глухозаземленная нейтраль.

Другим принципом защиты является быстрое обесточивание сети. Этому способствует защитное устройство в виде автоматического выключателя, либо предохранителя.

Шаговое напряжение действует следующим образом. Если на влажном бетонном полу лежит неизолированный проводник, находящийся под напряжением, то подходить к нему очень опасно. Напряжение отходит от него волнами, подобно кругам на воде. При попадании ног человека в эту зону, возникает удар электрическим током.

Чтобы защитить людей от шагового напряжения, в полу помещения встраивают металлическую сетку, которая в разных местах соединяется с заземляющим контуром. Этим способом ноги человека шунтируются металлической арматурой решетки, и основная часть электрического тока пройдет мимо человека.

Требования ПУЭ

Заземление должно подключаться к устройству специальным проводником. Для сокращения пути протекания электрического тока и уменьшения затрат, подбирают место непосредственно рядом с источником напряжения, например, трансформатором. Имеется ограничение, заключающееся в том, что если заземлителем является имеющийся бетонный фундамент, то к арматуре бетонного основания, выполненного из металла, подключение выполняют в двух и более местах.

Подобное число подключений выполняют к каркасам из металла, которые расположены в глубине грунта. При таких условиях система заземления способна достаточно эффективно защитить человека от неприятных ситуаций.

Если в качестве источников питания выступают трансформаторы, находящиеся на разных этажах здания, то подключение к нейтрали производится отдельным проводом, который подключают к металлическому каркасу всего строения.

В цепи подключения заземления не должно находиться предохранителей, плавких вставок и других компонентов, которые могут нарушить неразрывность этой цепи. Также принимают вспомогательные меры, которые препятствуют механическим повреждениям.

Некоторые ограничения ПУЭ
  • Если на рабочих, защитных или нулевых проводниках установлен токовый трансформатор, то провод заземлителя монтируется сразу за этим устройством, к нейтральному проводнику.
  • Сопротивление заземляющего устройства в сети 220 вольт ограничивается наибольшей величиной 4 Ом, за исключением особых свойств земли, которые создают повышенное сопротивление более 100 Ом на метр.
  • на воздушных линиях передач заземление устанавливают на конце и на вводе линии для дублирования заземления. Это дает возможность эффективной работы защитных устройств. Это правило используют в случае, когда нет надобности в монтаже большого числа устройств, которые могут устранить перенапряжения при ударах молнии.
    • При выборе проводников для устройства заземления необходимо применять нормативы по наименьшим допустимым размерам и материалу проводников, применяющихся для повторного заземления, проложенного в земле.
Например, если используется стальной уголок, то толщина его стенки должна быть не менее 4 мм. Общая площадь сечения для проводов заземления, соединяющихся с основной шиной, согласно п. 1.7.117 ПУЭ, должна быть:
  • 10 мм 2 – медный провод.
  • 16 мм 2 – алюминиевый проводник.
  • 75 мм 2 – стальной проводник.

Электрический автомат, устанавливаемый для защиты, должен иметь скорость срабатывания при коротком замыкании более 0,4 с при 220 вольт.

В бытовой сети согласно п. 7.1.36 ПУЭ требуется прокладывать сеть к потребителям от общих щитков тремя проводниками: фаза, рабочий ноль и защитное заземление (глухозаземленная нейтраль). Однако во многих квартирах это требование нередко нарушается, что подтверждается отсутствием в розетках заземляющего контакта.

Старые нормативные требования для отечественных зданий были определены для незначительных мощностей. На сегодняшний день мощности бытовых электрических устройств значительно повысились. В квартирах появились кондиционеры, варочные панели, духовые шкафы, которые имеют повышенную мощность.

Для повышения эффективности защиты в современных квартирах обязательным условием является наличие заземления. В новых домостроениях глухозаземленная нейтраль уже заложена в стандартных проектах. В старых постройках хорошие хозяева монтируют заземление при капитальном ремонте.

Что такое глухозаземленная нейтраль — определение простым языком

Глухозаземленная нейтраль является частью системы электроснабжения потребителей, она направлена на безопасное использование сетей до 1000 Вольт, которые чаще всего применяются в быту и на производстве в качестве источника стандартного уровня низкого напряжения — 0,38кВ, 0,22кВ и ниже. Нейтраль — это общая точка соединения обмоток звездой у источников электроэнергии, которыми являются трансформаторы или же генераторы. Если эту точку соединить с землёй, то и получится сеть с глухозаземлённой нейтралью. В нулевой точке происходит выравнивание потенциалов, что очень удобно для обеспечения электроэнергией и однофазных, и трехфазных источников.

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.

Объяснение для чайников

Понижающая подстанция, в которой установлен трансформатор, имеет свой контур заземления. Он соединен между собой стальными шинами и прутами, в один заземляющий контур. К потребителям в электрический щиток от подстанции прокладывается кабель, который содержит четыре жилы. Если потребителю необходимо питание от трёхфазной цепи 380 Вольт, то подключаться необходимо ко всем жилам. В однофазное сети 220 В питание будет осуществляется от нулевого провода и от одной из фаз. Защита людей в однофазных и трехфазных цепях, если нет системы заземления, должна осуществляется за счёт специальных устройств защитного отключения (УЗО), которые срабатывают при небольшой утечке на ноль, при этом отключают надёжно потребителя от сети.

Классификация сетей с глухозаземлённой нейтралью

Современная система электроснабжения имеет стандартную маркировку где помимо рабочего нулевого проводника присутствует и защитный, что и даёт определение степени защищённости.

  • L — фазный проводник;
  • N — рабочий ноль;
  • РЕ — защитный нулевой проводник;
  • РЕN — рабочий и нулевой проводник выполнены одним проводом.

Существуют несколько подсистем в цепях с источником энергии, имеющим глухозаземлённую нейтраль:

  • TN-C. При данной системе нулевой и защитный проводник с подстанции организован одним проводником, возле приёмника его корпус (или другие элементы, подлежащие заземлению) соединяют с данным совмещенным проводником – это называется зануление. Это устаревшая система, применялась в старых домах при СССР, сейчас для бытовых потребителей не используется, так как небезопасная. Такая система имеет существенный недостаток, так как в случае обрыва РЕN проводника на пути от питающего трансформатора до приемника электроэнергии, на зануленных корпусах оборудования появляется опасный потенциал. Используется только для защиты промышленных потребителей (об этом говорится ниже в следующем разделе).
  • TN-S. Имеет больший процент безопасности во время аварийных ситуаций. Это достигается путём разделения защитного и рабочего проводников по всей длине питающей линии, от трансформатора до распределительного электрощита (до конечного потребителя). Однако за счёт того, что приходится применять кабельную продукцию имеющую пять жил, что сильно увеличивает стоимость прокладки и бюджет на организацию электроснабжения к потребителю, применяется данная система не всегда.
  • TN-C-S. Данная система заземления является наиболее распространенной в наше время. При данной системе нулевой и защитный проводник на всей длине линии объединены в один совмещенный проводник PEN. При входе в здание данный проводник разделяется на защитный PE и нулевой N, которые дальше распределяются по потребителям (квартирам). При данной системе в случае отгорания PEN проводника до точки разделения на заземленных корпусах электроприборов появится опасный потенциал. Для предотвращения этого на всей длине линии и при входе в здание делаются повторные заземления PEN проводника и предъявляются повышенные требования к механической защите данного проводника.
  • ТТ. Данная система заземления практикуется в том случае, если линия системы TN-C-S находится в неудовлетворительном техническом состоянии и не обеспечивается достаточной безопасности предусмотренного в ней защитного заземления. Данная система заземления предусматривает монтаж индивидуального контура заземления у потребителя, при этом PEN проводник электрической сети используется только в качестве нулевого провода N.

Важно знать

Для электроснабжения однофазных и трёхфазных потребителей в промышленности и в бытовых условиях используют так называемое зануление, которое «якобы» является действенным методом, обеспечивающим автоматическое отключение электроустановки или части её, в которой произошло короткое замыкание. При занулении в цепях с глухозаземлённой нейтралью к нулевому проводу подключаются все металлические части и корпуса электрооборудования. Как работает данная защита? Дело в том что при любом коротком замыкании на корпус цепь переходит в режим короткого замыкания, ток в цепи автоматического выключателя сильно увеличивается и аварийный участок отключается от сети.

Преимуществом такой системы являются экономия расходов на проводку защитного заземления, а также снижение стоимости кабельной продукции, так как к одной и той же цепи можно подключить и однофазные и трёхфазные электроприёмники.

Однако недостатком глухозаземлённой нейтрали, организованной по принципу защитного зануления, можно назвать недостаточность обеспечения защиты человека при пробое изоляции на корпус электроприбора во время обрыва нулевого провода, который является и защитным. И это очень важный момент — зануление является опасной мерой защиты, поэтому оно организовываться в домашних условиях ни в коем случае не должно!

Современное электроснабжение всё-таки направлено больше на безопасность, поэтому требует установки УЗО и отдельного защитного заземляющего контура, через который даже самые незначительные токи утечки будут уходить в землю, при этом не подвергая человека опасности.

Теперь вы знаете, что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и в каких сетях она применяется. Если остались вопросы, можете задавать их в комментариях под статьей!

Изолированная и глухозаземленная нейтраль

В процессе производства, преобразования, транспортировки, распределения и потребления электроэнергии используется трехфазная симметричная система проводов. Достичь такой симметричности стало возможно путем приведения фазных и линейных напряжений в одинаковое состояние. В результате, на всех фазах образуется равномерная токовая загрузка, а также одинаковый сдвиг фаз токов и напряжений.

Во время функционирования всей этой системы рано или поздно возникают аварийные ситуации в виде обрыва провода, пробоя изоляции и прочих специфических неисправностей, приводящих к нарушениям симметрии трехфазной системы. Последствия таких нарушений должны быть устранены как можно скорее. Большую роль в этом играет степень быстродействия релейной защиты, на работу которой влияет изолированная и глухозаземленная нейтраль. Каждый из этих режимов имеет свои достоинства и недостатки и применяется в наиболее подходящих условиях. В любом случае от их состояния во многом зависит нормальное функционирование релейной защиты.

Изолированная нейтраль

Изолированная нейтраль нашла достаточно широкое применение в отечественных энергетических системах. Данный способ заземления применяется для генераторов или трансформаторов. В этом случае их нейтральные точки не соединяются с заземляющим контуром. В распределительных сетях на 6-10 киловольт нейтральной точки может не быть вообще, поскольку соединение трансформаторных обмоток выполняется методом треугольника.

В соответствии с ПУЭ, режим изолированной нейтрали может быть ограничен емкостным током, представляющим собой ток однофазного замыкания на землю сети. Его компенсация с помощью дугогасящих реакторах предусматривается при следующих значениях:

  • Ток свыше 30 ампер, напряжение 3-6 киловольт;
  • Ток свыше 20 ампер, напряжение 10 киловольт;
  • Ток свыше 15 ампер, напряжение 15-20 киловольт;
  • Ток свыше 10 ампер, напряжение 3-20 киловольт, с металлическими и железобетонными опорами воздушных ЛЭП
  • Все электрические сети с напряжением 35 киловольт.
  • В блоках «генератор-трансформатор» при токе 5 ампер и генераторном напряжении 6-20 киловольт.

Компенсация тока замыкания на землю может быть заменена резистивным заземлением нейтрали с помощью резистора. В этом случае алгоритм действия релейной защиты будет изменен. Впервые заземление в режиме изолированной нейтрали было применено в электроустановках со средним значением напряжения.

Достоинства и недостатки изолированной нейтрали

Несомненным достоинством режима изолированной нейтрали является отсутствие необходимости быстрого отключения первого однофазного замыкания на землю. Кроме того, в местах повреждений образуется малый ток, при условии малой токовой емкости на землю.

Однако этот режим имеет ряд существенных недостатков, из-за которых его использование существенно ограничено.

Основные недостатки изолированной нейтрали:

  • Возможные дуговые перенапряжения перемежающегося характера дуги малого тока в месте однофазного замыкания на землю.
  • Повреждения могут возникнуть во многих местах по причине пробоя изоляции на других соединениях, где возникают дуговые перенапряжения. По этой причине выходят из строя сразу многие кабели, электродвигатели и другое оборудование.
  • Дуговые перенапряжения воздействуют на изоляцию в течение продолжительного времени. В результате, в ней постепенно накапливаются дефекты, что приводит к снижению срока эксплуатации.
  • Все электрооборудование необходимо изолировать на линейное напряжение относительно земли.
  • Места повреждений довольно сложно обнаружить.
  • Реальная опасность поражения людей электротоком в случае продолжительного замыкания на землю.
  • При однофазных замыканиях не всегда может быть обеспечена правильная работа релейной защиты, поскольку значение реального тока замыкания полностью связано с режимом работы сети, в частности, с количеством включенных присоединений.

Таким образом, большое количество недостатков перекрывает все достоинства данного режима заземления. Однако в определенных условиях этот метод считается достаточно эффективным и не противоречит требованиям ПУЭ.

Глухозаземленная нейтраль

Более прогрессивным способом считается режим глухозаземленной нейтрали. В этом случае нейтраль генератора или трансформатора непосредственно соединяется с заземляющим устройством. В некоторых случаях соединение осуществляется с использованием малого сопротивления, например, трансформатора тока. В отличие от защитного, такое заземление нейтрали называется рабочим. Значение сопротивления заземляющих устройств, соединенных с нейтралью, не должно превышать 4 Ом в электроустановках с напряжением 380/220 вольт.

В электроустановках, где используется глухозаземленная нейтраль, поврежденный участок должен быстро и надежно отключаться в автоматическом режиме в случае возникновения замыкания между фазой и заземляющим проводником. С связи с этим, при напряжении до 1000 вольт, корпуса оборудования должны обязательно соединяться с заземленной нейтралью установок. Таким образом, обеспечивается быстрое отключение поврежденного участка в случае короткого замыкания с помощью реле максимального тока или предохранителя.

Особенности глухого заземления

Заземление нейтрали в глухом режиме предусмотрено для четырехпроводных сетей переменного тока. В таких случаях выполняется глухое заземление нулевых выводов силовых трансформаторов. Соединяются все части, подлежащие заземлению и нулевой заземленный вывод. Нулевой провод должен быть цельным, без предохранителей и каких-либо разъединяющих приспособлений.

В качестве глухозаземленной нейтрали воздушных линий с напряжением до 1 киловольта используется нулевой провод, прокладываемый вместе с фазными линиями на тех же опорах.

Все ответвления или концы воздушных линий, длиной свыше 200 метров подлежат повторному заземлению нулевого провода. То же самое касается вводов в здания, где имеются установки, подлежащие заземлению. В качестве естественных заземлителей могут использоваться железобетонные опоры, а также заземляющие устройства, защищающие от грозовых перенапряжений.

Таким образом, изолированная и глухозаземленная нейтраль обеспечивает нормальную работу релейной защиты генераторов и трансформаторов. Кроме того, они надежно защищают людей от поражения электрическим током.

Заземление нейтрали трансформатора

СИП – самонесущий изолированный провод

Антирезонансные трансформаторы напряжения

Расчет емкостного тока сети

Трансформатор тока нулевой последовательности

Трансформатор тока нулевой последовательности

Зачем нужно подключать электроприборы к РЕ-проводнику

2001-й год. Знакомый мастер-предприниматель привез из Германии стиральную машину вертикальной загрузки, отработавшую в немецкой семье заводские гарантии, и предложил купить ее соседям со значительной скидкой и бонусами: бесплатной установкой и его гарантией на 3 года.

Оформили договор и заплатили деньги. Покупку разместили на кухне. Семь месяцев машина изумительно проработала, а затем, в самый неожиданный момент, потекла во время стирки белья.

Хорошо, что хозяйка была дома и из удаленной комнаты услышала шум льющейся воды, которая заполнила пол на кухне. К тому же машина «ударила током» хозяйку, когда та к ней приблизилась. Естественно, затопили соседей снизу.

Вызванный мастер устранил неисправность и оплатил ремонт двух квартир без лишних вопросов, а машина после этого случая работает до сих пор.

Причина протечки банально проста: во время профилактической замены напорного шланга мастер забыл установить крепежный хомут не него. Шланг от вибраций, возникающих во время работы, слетел с места крепления, и вода под мощным напором водопроводной сети стала заливать внутренности машины, проникла в электропроводку.

Когда изоляция между фазным проводником и корпусом намокла, то через нее потенциал напряжения появился на металлических деталях машины. Поэтому хозяйку, стоящую на мокром полу и взявшуюся руками за металлический корпус, ударило током. А вот защитные устройства вводного щитка не сработали.

Ввод электроэнергии в квартиру был выполнен через автоматические выключатели на 16 ампер, схема заземления работала по системе TN-C. Тока утечки через тело человека не хватило для срабатывания защиты.

Схема образовавшихся электрических цепей в этой ситуации выглядит следующим образом.

Этот типичный случай довольно давно предусмотрен правилами эксплуатации электроустановок, которые в разное время предложили использовать:

Принцип работы зануления

У трехфазных систем электроснабжения переменных током нулевой проводник служит многим целям. В вопросах электробезопасности его используют для создания короткого замыкания с потенциалом фазы, проникшим на корпус электрических потребителей. Возникший при этом ток КЗ, когда превышает номинальное значение защитного автоматического выключателя, отключается последним.

Само зануление электрического прибора выполняется отдельным проводом, подключенным к рабочему нулю N во вводном щитке. Для этого используют третью жилу подводящего кабеля и дополнительный контакт в электророзетке.

Недостатком такого метода является необходимость возникновения величины тока утечки больше́й, чем выставленная уставка на срабатывание защиты. Когда выключатель обеспечивает номинальную работу электроприборов под нагрузкой до 16 ампер, то от малых токов утечки он не спасет.

В то же время сопротивление человеческого тела не может противостоять токам больших величин. При отягчающих обстоятельствах 50 миллиампер переменного тока достаточно для вызова фибрилляции сердца и его остановки. От таких токов зануление не защищает. Оно работает при создании критических нагрузок на автоматический выключатель.

Принцип работы заземления

Безопасная эксплуатация бытовых приборов с помощью подключения их корпуса к защитному нулю обеспечивается работой «Устройств защитного отключения» (УЗО) или дифференциальных автоматических выключателей. Они имеют рабочий орган, сравнивающий токи, входящие через фазный провод в квартиру и выходящие из нулевого рабочего проводника.

При нормальном режиме электропитания эти токи равны по величине и противоположно направлены. Поэтому в органе сравнения они уравновешивают взаимное действие, сбалансированы и обеспечивают работу приборов при номинальных параметрах.

Если возникает пробой изоляции в любом месте контролируемой цепи, то сразу через поврежденный участок начинает протекать ток, который направится на землю, минуя рабочий проводник нуля. В органе сравнения возникает дисбаланс токов, приводящий к отключению контактов защитного устройства и снятию напряжения питания со всей схемы. Уставка на срабатывание УЗО выбирается исходя из необходимых условий эксплуатации оборудования, и обычно может варьироваться от 300 до 10 миллиампер. Время отключения возникшей неисправности составляет доли секунды.

Для подключения к корпусу электрического прибора защитного заземления, используется отдельный РЕ-проводник, выведенный из распределительного щитка по индивидуальной магистрали к розетке, оборудованной третьим, специальным выводом.

Причем его конструкция обеспечивает электрический контакт земли с корпусом в начальный момент, когда вилка еще вставляется, а фаза и рабочий ноль не скоммутированы в схеме. В то же время этот контакт убирается в последнюю очередь при доставании вилки из розетки. Этим способом создается надежное заземление корпуса.

Электрическая схема выполнения заземления с помощью РЕ-проводника имеет следующий вид.

В этой цепи УЗО монтируется внутри квартирного щитка после вводного автомата. Следует учитывать, что оно совершенно не защищает электрооборудование от возникающих токов коротких замыканий, даже само может быть повреждено ими, требует согласования своих рабочих параметров с вводным автоматом.

По этой причине часто перед УЗО дополнительно приходиться доставлять автоматический выключатель соответствующего номинала. Функции УЗО с автоматическим выключателем в своей конструкции объединяет дифференциальный автомат. Его стоимость несколько выше, но он занимает меньше места при установке.

Особенности использования зануления и заземления в трехфазных электрических цепях

Принципы защиты персонала, работающего с промышленным и бытовым оборудованием трехфазного исполнения, соответствуют всему тому, что изложено выше. Только для подключения в схему используют трехфазные УЗО и дифавтоматы. Они постоянно сравнивают сумму токов во всех фазах и при ее изменении срабатывают на отключение.

В схемах трехфазного электропитания по системе TN-C встречается случай подключения двигателя по схеме треугольника. При этом нулевой проводник освобождается. Если его подключить на корпус, то получится дополнительная защита по принципу зануления, которая будет спасать оборудование и персонал от возникновения опасного потенциала на корпусе, устранит короткие замыкания фаз на него.

Выполняя электрические соединения для зануления, следует тщательно анализировать состояние коммутируемых проводов и их внутреннее сопротивление, обеспечивать надежные контакты. В отдельных случаях падение напряжения на них может быть таким, что тока замыкания будет не достаточно для срабатывания автоматических выключателей или предохранителей. В этом случае корпус электроприбора останется под опасным потенциалом.

При использовании зануления или заземления необходимо учитывать время срабатывания автоматики. Поскольку от него зависит безопасность, то необходимо подбирать и налаживать защиты с учетом минимально возможного времени отключения аварийных режимов.

Таким образом, функции защиты заземлением и занулением отличаются принципами работы и применением, настройкой автоматических устройств.

Используя их необходимо учитывать, что способы применения зануления и заземления в системах ТТ и TN имеют отличия, которые оговорены ПУЭ. Их необходимо обязательно соблюдать.

Режимы работы нейтралей трансформаторов системы электроснабжения

Трансформаторы имеют нейтрали, режим работы или способ рабочего заземления которых обусловлен:

  • требованиями техники безопасности и охраны труда персонала,
  • допустимыми токами замыкания на землю,
  • перенапряжениями, возникающими при замыканиях на землю, а также рабочим напряжением неповрежденных фаз электроустановки по отношению к земле, определяющих уровень изоляции электротехнических устройств, 
  • необходимостью обеспечения надежной работы релейной защиты от замыкания на землю,
  • возможностью применения простейших схем электрических сетей.

При однофазном замыкании на землю нарушается симметрия электрической системы: изменяются напряжения фаз относительно земли, появляются токи замыкания на землю, возникают перенапряжения в сетях. Степень изменения симметрии зависит от режима нейтрали. 

Режим нейтрали оказывает существенное влияние на режимы работы электроприемников, схемные решения системы электроснабжения, параметры выбираемого оборудования.

Нейтраль сети — это совокупность соединенных между собой нейтральных точек и проводников, которая может быть изолирована от сети либо соединена с землей через малые или большие сопротивления.

Используются следующие режимы нейтрали:

  • глухозаземленная нейтраль,

  • изолированная нейтраль,

  • эффективно заземленная нейтраль.

Выбор режима нейтрали в электрических сетях определяется бесперебойностью электроснабжения потребителей, надёжностью работы, безопасностью обслуживающего персонала и экономичностью электроустановок.

Нейтрали трансформаторов трёхфазных электрических установок, к обмоткам которых подключены электрические сети, могут быть заземлены непосредственно, либо через индуктивные или активные сопротивления, либо изолированы от земли.

Если нейтраль обмотки трансформатора присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, то такая нейтраль называется глухозаземлённой, а сети, подсоединённые к ней, соответственно, — сетями с глухозаземлённой нейтралью.

Нейтраль, не соединённая с заземляющим устройством называется изолированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых соединена с заземляющим устройством через реактор (индуктивное сопротивление), компенсирующий ёмкостной ток сети, называются сетями срезонанснозаземлённой либо компенсированной нейтралью.

Сети, нейтраль которых заземлена через резистор (активное сопротивление) называется сеть срезистивнозаземлённой нейтралью.

Электрическая сеть, напряжением выше 1 кВ, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4 (коэффициент замыкания на землю – отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания ) называется сеть сэффективнозаземлённой нейтралью.

Электроустановки в зависимости от мер электробезопасности разделяются на 4 группы:

  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективнозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю),
  • электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю),
  • электроустановки напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью,
  • электроустановки напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

Режимы нейтрали трехфазных систем

Напряжение, кВ Режим нейтрали Примечание
0,23 Глухозаземленная нейтраль Требования техники безопасности. Заземляются все корпуса электрооборудования
0,4
0,69 Изолированная нейтраль Для повышения надежности электроснабжения
3,3
6
10
20
35
110 Эффективно заземленная нейтраль Для снижения напряжения незамкнутых фаз относительно земли при замыкании одной фазы на землю и снижения расчетного напряжения изоляции
220
330
500
750
1150

Системы с глухозаземленной нейтралью — это системы с большим током короткого замыкания на землю. При коротком замыкании место замыкания отключается автоматически. В системах 0,23 кВ и 0,4 кВ это отключение диктуется требованиями техники безопасности. Одновременно заземляются все корпуса оборудования.

Системы 110 и 220 кВ и выше выполняются с эффективно заземленной нейтралью. При коротком замыкании место замыкания также отключается автоматически. Здесь заземление нейтрали приводит к снижению расчетного напряжения изоляции. Оно равно фазному напряжению неповрежденных фаз относительно земли. Для ограничения величины токов короткого замыкания на землю заземляются не все нейтрали трансформаторов (эффективное заземление).

Режимы нейтрали трехфазных систем: а — заземленная нейтраль, б — изолированная нейтраль

Изолированной нейтралью называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Система с изолированной нейтралью применяется для повышения надежности электроснабжения. Характеризуется тем, что при замыкании одной фазы на землю возрастает напряжение фазных проводов относительно земли до линейного напряжения, и симметрия напряжений нарушается. Между линией и нейтралью протекает емкостной ток. Если он меньше 5А, то допускается продолжение работы до 2 ч для турбогенераторов мощностью до 150 МВт и для гидрогенераторов — до 50 МВт. Если установлено, что замыкание произошло не в обмотке генератора, а в сети, то допускается работа в течение 6 ч.

Сети от 1 до 10 кВ — это сети генераторного напряжения электрических станций и местные распределительные сети. При замыкании на землю одной фазы в такой системе напряжение неповрежденных фаз относительно земли возрастает до величины линейного напряжения. Поэтому изоляция должна быть рассчитана на это напряжение.

Основное преимущество режима изолированной нейтрали — способность подавать энергию электроприемникам и потребителям при однофазном замыкании на землю.

Недостатком этого режима являются трудности о обнаружении места замыкания на землю.

Повышенная надежность режима (т.е. возможность нормальной работы при однофазных замыканиях на землю, которые составляют значительную часть повреждений электрооборудования) изолированной нейтрали обуславливает обязательное его применение при напряжении выше 1 кВ до 35 кВ включительно, поскольку эти сети питают большие группы электроприемников и потребителей.

С напряжения 110 кВ и выше применение режима изолированной нейтрали становится экономически невыгодным, так как повышение напряжения относительно земли с фазного до линейного требует существенного усиления фазной изоляции. Применение режима изолированной нейтрали до 1 кВ допускается и оправданно при повышенных требованиях к электробезопасности.

 

Вызвать электрика в Ростове на Дону можно по телефонам 89081775067 и 241 92 67

http://rostovelectric.ru/ 
http://vk.com/elektrik89381019528 
http://ok.ru/group/51833654542481 
http://vk.com/stroikarus 
http://elektrik-rostov-do.wix.com/220-380 
http://vk.com/gruzoperevozki_rostov_61 
http://vk.com/parket_rostov_89064173503 
https://vk.com/moto_rostov_na_donu 
https://www.instagram.com/motoelektrik_rnd/ 
https://vk.com/skuter_rostov 
https://ok.ru/group/54561223475345 
https://yandex.ru/uslugi/profile/AlexSergeev-204022 
https://vk.com/motovel 
http://89081775067.tt34.ru/ 
http://wikimapia.org/39762599/ru/

252

TN-C, TN-S, TNC-S, TT, IT

Для работы электроприборов достаточно присоединить к ним ноль и фазу. Однако такое подключение может привести к аварии и опасно для людей, проживающих в доме. Для предотвращения подобных ситуаций необходимо выбрать, устанавливать и подключить системы заземления и зануления.

Питание бытовых потребителей осуществляется от понижающего трёхфазного трансформатора, имеющего напряжение на выводах вторичной обмотки 0,4кВ или 380В. Катушки этого аппарата соединены звездой, средняя точка которой подключается к контуру заземления, находящемуся в земле возле трансформаторной будки. Такой аппарат называется «трансформатор с глухозаземлённой нейтралью».

В квартиру или частный дом от трансформатора приходят как минимум два провода — ноль и фаза, соединённых с фазным выводом и средней точкой звезды соответственно. Такое подключение обеспечивает напряжение в розетках 220В.

Кроме нулевого и фазного проводов в квартирах прокладывается заземляющий проводник, защищающий людей от поражения электрическим током при нарушении изоляции между корпусом электроприбора и частями электросхемы, находящимися под напряжением. Этот провод соединяется с системой заземления.

Такая система состоит из двух основных элементов — трансформатор и электроустановка. В простейшем случае это однофазная нагрузка, однополюсный автомат и одна фаза трёхфазного трансформатора.

Справка! Само понятие «система» происходит от др. греч. σύστημα «целое, состоящее из отдельных частей» — несколько элементов, работающих вместе и объединённых в одну конструкцию.

В этой статье рассказывается о классификации систем заземления, различии между чаще всего применяющимися видами — ТТ, TN-C и TN-C-S и про опасность применения зануления вместо заземления, а также о системах заземления TN-S и IT.

Классификация систем заземления по ПУЭ

Электроустановки (в частности трансформаторы) напряжением до 1000В по наличию систем заземления делятся на две категории, каждая из которых имеет свои сферы применения:

  1. С глухозаземлённой нейтралью. Самый распространённый тип электротрансформаторов. Вторичные обмотки соединены в «звезду», средняя точка которых имеет постоянное подключение к контуру заземления. Жилые дома питаются только от трансформаторов с таким способом заземления нейтрали.
  2. С изолированной нейтралью. Вторичные обмотки трансформаторов не заземляются. Являются разделительными и используются только в промышленности в специальных установках, таких, как нагревательные печи и некоторые другие, в которых важно отсутствие электрического соединения токоведущих частей и контура заземления.

Глухозаземлённая нейтраль в электротрансформаторах обозначается «TN». Самое распространённое защитное применение такой нейтрали — соединение с ней токопроводящих корпусов электроприборов отдельными проводами, однако они могут соединяться и другими способами.

При проектировании систем электроснабжения проектная организация выбирает тип заземления согласно полученному техническому заданию и описанию систем заземления. Этот выбор определяется ПУЭ и другими нормативными документами и от него зависит безопасность людей и приёмка здания в эксплуатацию.

Важно! Неправильный выбор вида системы заземления или некачественный монтаж приведут к требованию контролирующей организации исправить допущенные ошибки.

Виды систем заземления

Основным способом защиты от поражения электрическим током является применение одной из систем заземления. В главе 1.7 ПУЭ перечисляются пять типов таких устройств:

  • TN-C;
  • TN-C-S;
  • TN-S;
  • TT;
  • IT.

Любая из этих систем надёжно защищает людей в условиях городской квартиры или частного дома, но имеет свои конструктивные и защитные отличия.

Применение конкретного вида защиты в особых условиях регламентируется ПУЭ и связано с особенностями помещений и электроустановок.

Информация! Установка заземления обязательна во всех новых зданиях и желательна при ремонте старых сооружений.

Выбор системы заземления производится на стадии проектирования здания и электропроводки до начала монтажных работ.

Система TN-C

Самый старый вид системы заземления — это система TN-C. В ней отсутствует отдельный провод для заземления и оно (заземление) осуществляется общим проводом PEN. Начиная от подстанции (трансформатора) PEN провод совмещает в себе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники (PEN = PE + N). В старых жилых домах применяется именно такое заземление.

По системе TN-C заземляются только вводные щитки в подъездах и столбы уличного освещения. В квартирах таких домов заземление в розетках отсутствует, а электропроводка выполнена двухпроводной – фаза и ноль.

Такое защитное заземление морально устарело и не обеспечивает надёжной защиты от поражения электрическим током. При необходимости заземлить электроприборы, а также во время реконструкции электропроводки заземление тип TN-C заменяется на TN-C-S.

Система TN-C-S

Защитное заземление этого типа устроено аналогично системе TN-C. Питающий трансформатор имеет глухозаземлённую нейтраль, а заземляющие провода соединяются с ней нулевым проводом PEN, который на входе в дом разделяется на нулевой проводник — N и заземляющий — PE.

Такое разделение производится только на вводе кабеля в многоквартирный дом, как правило в ВРУ (вводном распределительном устройстве). В вводном щитке эти кабеля присоединяются к общей шине или клемме. Допускается применение такой системы в частных домах, питание которых осуществляется воздушными линиями при подключении к трёхфазной сети.

Согласно ПУЭ пункт 1.7.132 разделение нулевого и заземляющего проводов в однофазной сети 220В не выполняется. При необходимости выполнить такое разделение оно производится там, где это разрешено правилами, а к дому прокладывается дополнительный провод.

То есть, если у Вас в квартире нет заземления, и вы хотите из системы TN-C сделать TN-C-S, такой способ разделения PEN проводника на просто ноли и заземление не прокатит в квартирном щитке.

Важно! Согласно ПУЭ 1.7.135 после разделения в вводном щитке провода PE и N НЕ ДОЛЖНЫ соединяться между собой.

Система TN-S

Самые дорогостоящие в реализации, но самые удобные и надёжные системы заземления — это системы TN-S, которые монтируются вместе с трансформаторами с глухозаземлённой нейтралью.

Для системы TN-S заземляющий и нулевой провода соединяются в трансформаторной подстанции. На всем протяжении больше эти проводники не связаны между собой.

К потребителю, будь то квартира или дом, приходит два независимых друг от друга проводника нулевой рабочий N и нулевой защитный PE.

Для бОльшей надёжности заземляющий провод РЕ может соединяться с контуром заземления на вводе в здание.

Это самый простой в эксплуатации тип защиты. При его монтаже отсутствуют высокие требования к контуру заземления здания.

Недостаток этой системы в необходимости вместо четырёх проводов (L1,L2,L3,РЕN) использовать пять, где пятым проводом является заземляющий PE, однако это перекрывается повышенной безопасностью эксплуатации. Поэтому новые воздушные и кабельные линии электропередач прокладываются пятижильными кабелями и проектируются по системе TN-S.

Система TT

Это такая система защитного заземления, которая выполняется при невозможности смонтировать заземление другого типа. В этом случае нейтраль трансформатора не имеет связи с заземляющими проводами электропроводки, и они подключаются к собственному контуру заземления дома.

То есть в системе TT нулевой провод сети никак не связан с заземляющим контуром потребителя.

Случаи применения системы ТТ указаны в ПУЭ п1.7.59.

Важно! Ток, возникающий при замыкании токоведущих частей с заземлённым корпусом может быть недостаточным для срабатывания автоматического выключателя. Поэтому, согласно ПУЭ п1.7.59, применять систему ТТ без УЗО или дифференциального автомата запрещается.

Система IT

Применяется с трансформаторами с изолированной нейтралью. Обычно она соединяется с заземлением через разрядник, обладающий высоким сопротивлением при низком напряжении и низким при повышении напряжения выше допустимого предела. Это защищает потребителей от попадания первичного напряжения во вторичную обмотку.

В этой питающей сети отсутствует нулевой провод N, заземляющий РЕ и однофазное напряжение как таковое. Потребители подключаются на линейное напряжение 380 Вольт.

Данная система используется только с двух- и трёхфазными установками. Металлический корпус электрооборудования и другие токопроводящие элементы соединяются с контуром заземления здания.

Токи короткого замыкания на землю в такой системе незначительные, поэтому использование УЗО или дифференциальных автоматов является обязательным.

Система уравнивания потенциалов

В особоопасных сырых помещениях, таких, как бассейны или сауны, кроме непосредственного заземления корпусов электроприборов, используется система уравнивания потенциалов.

Она заключается в соединении между собой всех металлических частей в помещении — стальных дверей, нержавеющих раковин, водопроводных и канализационных труб и других элементов. Все эти соединённые между собой части подключаются к применяемой системе заземления.

В чём опасность применения зануления вместо заземления

Некоторые электромонтёры предлагают использовать зануление вместо заземления. Это нельзя делать по нескольким причинам:

  • Жилые дома подключаются к трёхфазной сети и по нулевому проводу течёт уравнительный ток. Так как этот провод имеет сопротивление, то между занулённым корпусом электроприбора и заземлёнными конструкциями, например водопроводным краном, имеется разность потенциалов. В обычных условиях это неопасно, но при прикосновении к воде или мокрой земле можно получить электрическим током.
  • При обрыве нулевого провода и неравномерной нагрузке между нулём и фазой может быть не 220В, а больше, вплоть до 380В. В этом случае между занулённым корпусом электрооборудования и заземлёнными конструкциями появится опасное для жизни напряжение 220В.
  • Нулевой и фазный провода подключаются к квартире через двухполюсный автоматический выключатель. При его срабатывании нулевой провод N, используемый в качестве заземляющего проводника, отключается от контура заземления. Это недопустимо по требованиям ПУЭ п1.7.145

К отдельно стоящему зданию может быть подведено не однофазное напряжение 220В, а трёхфазное с тремя фазными и одним нулевым проводами. В этом случае есть возможность переделки защитного зануления в систему заземления TN-C-S.

Вывод

Системы TT и IT также являются системами с заземлением. В них заземляющий провод РЕ не имеет электрической связи с нейтралью трансформатора.

Системы заземления TN всех видов считаются системами с занулением. В них заземляющий провод РЕ связан каким-либо способом с нейтралью питающего трансформатора и проводником N:

  1. В системе TN-C-S заземляющие жёлтые или жёлто-зелёные провода подключены к проводнику PEN. Он проложен от нейтрали трансформатора к вводному щитку в здании.
  2. В системе TN-C заземляющий проводник РЕ совмещён с нейтральным проводом N, поэтому к нему корпуса электроприборов не подключаются. Для их заземления защитное заземление типа TN-C необходимо переделать в TN-C-S.
  3. Система TN-S является самой надёжной. В ней провода РЕ и N разделены на всём протяжении от электроприбора до нейтрали питающего трансформатора.

Нет системы заземления, идеально подходящей для всех ситуаций. Каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками, но у всех одна задача — обеспечение максимальной безопасности людей. Для выбора типа защиты необходимо знать, какие бывают системы заземления и зануления.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

 

Глухозаземлённая нейтраль в сетях 0,4 кВ: режимы, TN-S, TN-C, TN-C-S

Полная реконструкция технологических установок промышленных предприятий, включающая соответственно и полную реконструкцию их электроснабжения, проводится в настоящее время довольно редко в связи с большими инвестициями и длительностью ее реализации. Чаще всего реконструкция или техническое перевооружение проводится поэтапно в периоды капитальных ремонтов технологической установки.

Реконструкция электроустановок промышленных предприятий должна сопровождаться выполнением требований ПУЭ (седьмое издание), причем в п. 1.1.1. ПУЭ отмечено, что «по отношению к реконструируемым электроустановкам требования настоящих Правил распространяются лишь на реконструируемую часть электроустановок».

Это означает, что при реконструкции только трансформаторной подстанции (ТП) 6/0,4 кВ, включающей распредустройство (РУ) 0,4 кВ (без замены отходящих кабелей), требования Правил должны распространяться только на указанные ТП и РУ, не затрагивая других частей промышленной установки, не охваченных реконструкцией. В то же время при поэтапной реконструкции возникает проблема соответствия части электроустановки, спроектированной с учетом нового издания ПУЭ, частям электроустановки, реализованным по старым нормам и правилам. В основном это касается стороны 0,4 кВ, т.к. новыми Правилами введены возможные варианты (режимы) заземления нейтрали и открытых проводящих частей в сетях 0,4 кВ, которые предъявляют более жесткие требования к этим электроустановкам (пятипроводная система, применение УЗО-Д и т.п.).

Работа нейтрали типовой подстанции 10-6/0,4кВ

Рассмотрим в качестве примера типичный вариант реконструкции ТП и РУ 0,4 кВ технологической установки нефтеперерабатывающего предприятия при условии максимального использования существующих кабельных линий к потребителям 0,4 кВ. В данном случае не будем касаться электроустановок во взрывоопасных зонах, проектирование которых должно осуществляться с учетом кроме ПУЭ ряда других нормативных документов (в том числе ГОСТ Р 51330.13-99 «Электрооборудование взрывозащищенное. Электроустановки во взрывоопасных зонах».)

Упрощенная однолинейная принципиальная схема электроснабжения установки приведена на рис. 1.5. Схема состоит из комплектных распределительных устройств, содержащих ряд ячеек с автоматическими выключателями:

 

  • комплектная трансформаторная подстанция (КТП). Обычно со стороны высшего напряжения КТП имеют вводные шкафы: или напольные с отключающими аппаратами, или навесные для глухого ввода. Со стороны низшего напряжения КТП имеют шкафы: вводные, секционные и линейные с выкатными или стационарными автоматическими выключателями.
  • щиты станций управления (ЩСУ1, ЩСУ2), на которых устанавливают большое количество аппаратуры, необходимой для управления современными приводами механизмов. ЩСУ в сочетании с внешними командными аппаратами служат для дистанционного и автоматизированного управления приводами, обеспечивая пуск, работу

Однолинейная принципиальная схема электроснабжения установки на низшем напряжении (0,4 кВ) в нужных режимах, остановку, а также защиту двигателей. На рис. 1.5 отходящие от ЩСУ линии для упрощения схемы не показаны.

В схеме показаны две комплектные компенсирующие установки (ККУ-1, ККУ-2), которые, как правило, подключаются к КТП в случае необходимости компенсации реактивной мощности на стороне 0,4 кВ. На шины КТП также подключаются мощные двигатели (М) технологической установки и мощные и/или ответственные распределительные щиты (Щ). Для упрощения на схеме эти нагрузки обозначены по одному присоединению каждая. Щитов станций управления может быть несколько в зависимости от сложности и производительности технологической установки, следовательно, и располагаться они могут как в одном помещении с КТП, так и в разных. В нашем случае будем считать, что ЩСУ1 обозначает щиты, расположенные в одном помещении с КТП, а ЩСУ2 – в разных помещениях с КТП. Нагрузкой ЩСУ (на схеме не показана) в основном являются двигатели и распределительные щиты, которые значительно меньше по мощности, чем подключаемые к КТП.

Варианты работы нейтрали в соответствии с ПУЭ

Выберем варианты (режимы) заземления нейтрали и открытых проводящих частей в сети 0,4 кВ рассматриваемой схемы электроснабжения, учитывая, что основные трехфазные электроприемники технологической установки на настоящий период подключены к РУ 0,4 кВ с помощью четырехжильных кабелей, основная часть которых по техническому заданию замене не подлежит. Согласно ПУЭ электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN (п. 1.7.57).

В этой связи мы должны в первую очередь рассмотреть возможность использования системы TN-C, а также необходимость применения систем TN-S или комбинированной TN-C-S для различных уровней схемы (КТП, ЩСУ, Щ).

Пункт 1.7.131. Правил ПЭУ гласит:

«В многофазных цепях в системе TN для стационарно проложенных кабелей, жилы которых имеют площадь поперечного сечения не менее 10 мм2 по меди или 16 мм2 по алюминию, функции нулевого защитного (РЕ) и нулевого рабочего (N) проводников могут быть совмещены в одном проводнике (PEN-проводник)».

Отсюда следует, что для КТП, мощные нагрузки которого обуславливают применение для их питания кабелей с жилами, превышающими указанные выше площади поперечного сечения, вполне подходит система TN-C. В связи с тем, что согласно пункту 1.1.26. Правил «проектирование и выбор схем, компоновок и конструкций электроустановок должны производиться на основе технико-экономических сравнений вариантов с учетом требований обеспечения безопасности обслуживания, применения надежных схем, внедрения новой техники, энерго- и ресурсосберегающих технологий, опыта эксплуатации», проанализируем выбор системы TN-C для КТП (см. рис. 1.6).

По технико-экономическим показателям данная система однозначно дешевле, чем TN-S из-за отсутствия пятого провода и УЗО, причем разница в затратах тем больше, чем более мощные нагрузки подключены к КТП и чем длиннее кабели к ним.

Меры повышения безопасности в системе TN-C

С точки зрения обеспечения безопасности обслуживания можно предложить ряд мер для ее повышения в системе TN-C по сравнению с TN-S.

  1. Во-первых, в большинстве случаев для рассматриваемого нефтеперерабатывающего предприятия корпуса электродвигателей и распределительных шкафов, подключенных к КТП, имеют повторное заземление, которое сохраняется при реконструкции технологических установок. Эта мера соответствует современным требованиям, т.к. пункт 1.7.61. Правил гласит:

    «При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление PE- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется».

  2. Во-вторых, для большинства ответственных электродвигателей 0,4 кВ в настоящее время предполагается установка защиты от замыкания на землю. Она выполняется или с помощью модуля защитногоотключения остаточного тока, присоединяемого непосредственно к клеммам автоматического выключателя, или с помощью отдельно устанавливаемого реле, подключаемого к трансформатору тока в виде разъемного (неразъемного) тора, охватывающего фазные жилы питающего кабеля (например, модуль Vigi. или реле Vigirex для низковольтного оборудования Merlin Gerin), как показано на рис. 1.6.
  3. В-третьих, комплектные компенсирующие установки практически всегда располагаются в помещении КТП, поэтому кабели к ним имеют малую длину, а соответственно, мала вероятность их повреждения. Кроме того, доступ в помещение КТП имеет только квалифицированный электротехнический персонал (причем без постоянного присутствия людей в помещении), поэтому требование обеспечения безопасности обслуживания оборудования КТП можно считать выполненным. Это касается и ЩСУ1, находящегося в помещении КТП.

Рис. 1.6. Варианты применения систем TN-C и TN-C-S в рассматриваемой схеме:

* — обозначены четырехжильные кабели, **- обозначен пятижильный кабель.

Таким образом, в подавляющем большинстве случаев КТП могут быть выполнены по системе TN-C при хороших технико-экономических показателях и удовлетворительных мерах по обеспечению безопасности обслуживания электроустановок. Этот вывод подтверждается и многолетним опытом работы как отечественных, так и зарубежных электроустановок, характеризуемых наличием симметричной трехфазной нагрузки, в которых система TN-C выдержала испытание временем и потому ее применение разрешено.

Классификация потребителей для выбора режима нейтрали

Выбор системы для щитов станций управления обусловлен в первую очередь характером нагрузок на них. Здесь можно выделить три характерных типа ЩСУ:

  • ЩСУ с достаточно мощными трехфазными потребителями (насосы, вентиляторы, компрессоры, непосредственно участвующие в технологическом процессе), сечения жил кабелей которых удовлетворяют требованиям пункта 1.7.131 ПУЭ;
  • ЩСУ с большим количеством маломощных трехфазных потребителей (задвижки, вспомогательные насосы, вентиляторы и т.п.), кабели которых не удовлетворяют требованиям пункта 1.7.131 ПУЭ;
  • ЩСУ, имеющие в своем составе нагрузки обоих предыдущих типов.

Для ЩСУ первого типа полностью подходят все вышеприведенные доводы, касающиеся КТП. Особенностью таких ЩСУ по сравнению с КТП является, например то, что они находятся в отдельном помещении на определенном удалении от КТП, что никак не влияет на выбор для них системы TN-C (см. ЩСУ1 на рис.1.6).

Более сложная ситуация возникает с выбором системы для ЩСУ второго типа, т.к. здесь по требованиям ПУЭ нельзя использовать совмещенный PEN-проводник, а требуется переход к системе TN-S. В этом случае можно предложить несколько выходов из создавшегося положения.

  1. Во-первых, необходимо заказывать заводу-изготовителю распредустройство для данного ЩСУ с пятью шинами (тремя фазными, нулевой рабочей -N и нулевой защитной – РЕ).
  2. Во-вторых, предусмотреть установку в ЩСУ, где это необходимо по требованиям нормативных документов, автоматических выключателей с модулями УЗО (устройствами дифференциальной защиты), причем на данном этапе реконструкции (замена оборудования ТП и РУ 0,4 кВ без замены кабелей) УЗО должны быть выведены из работы, до момента замены четырехпроводных кабелей на пятипроводные. Либо устанавливать УЗО в процессе замены кабелей, а при заказе оборудования для ЩСУ предусмотреть резервные места для установки УЗО в перспективе.
  3. В-третьих, рассмотреть возможность использования одной из свободных (резервных) жил существующих кабелей, например для электрифицированных задвижек, в качестве защитного РЕ-проводника. Необходимо только иметь в виду, что в случае применения для таких потребителей автоматических выключателей с модулями УЗО, следует тщательно отстраивать уставки УЗО от больших емкостных токов утечки применяемых кабелей.

Для ЩСУ, имеющих в своем составе нагрузки обоих предыдущих типов, скорее всего можно рекомендовать комбинированную систему TN-C-S (см. ЩСУ2 на рис.1.6).

  1. При поэтапной реконструкции систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо решать проблему соответствия части электроустановки, спроектированной с учетом новых требований нормативных документов, узлам электроустановки, реализованным по старым нормам и правилам.

    В связи с этим необходимо особенно обращать внимание на сторону напряжения 0,4 кВ, так как новой редакцией ПУЭ введены возможные варианты (режимы) заземления нейтрали и открытых проводящих частей в сетях 0,4 кВ, предъявляющие более жесткие требования к этим электроустановкам (пятипроводная система, применение УЗО-Д и т.п.).

  2. При проектировании реконструкции систем электроснабжения на стороне 0,4 кВ следует тщательно анализировать варианты применения системы глухого заземления нейтрали (TN-C, TN-C-S или TN-S) по отдельности для КТП, различных ЩСУ, щитов, сборок. При этом анализ следует проводить как на основе технико-экономического сравнения вариантов, так и с учетом обеспечения безопасности обслуживания и надежности применяемых схем.
  3. Приведенный пример такого анализа показал, что в подавляющем большинстве случаев КТП и ЩСУ с достаточно мощными трехфазными потребителями могут быть выполнены по системе TN-C при хороших технико-экономических показателях и удовлетворительных мерах по обеспечению безопасности обслуживания электроустановок. ЩСУ и щиты с большим количеством маломощных трехфазных потребителей и кабелями малого сечения должны выполняться по системе TN-S. Система TN-C-S применима для ЩСУ и щитов, имеющих в своем составе нагрузки обоих предыдущих типов.

60. Основные свойства сетей с глухозаземленной нейтралью.

Нулевая точка силового трансформатора или генератора соединяется с землёй посредством заземляющего проводника и рабочего заземлителя. В сетях напряжением 220/380 В помимо трех фаз  A, B, C прокладывается и четвертый нейтральный провод N, который многократно соединяется с землей (рис2, а).

 

Рис.2. Схемы сетей с глухозаземленной нейтралью:

а – четырехпроводная сеть 220/380 В; б – трехпроводная сеть 110 кВ и выше;

Ra, Rb, Rc – активное сопротивление изоляции фаз относительно земли; UЛ – линейное напряжение; UФ – фазное напряжение; IЧ – ток протекающий через тело человека; RЧ – сопротивление тела человека; IК – ток однофазного КЗ.

 

Основные преимущества четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью:

1.      В данной системе без дополнительной трансформации можно получить два вида напряжений. Линейное 380 В между фазами A, B, C – для подключения трехфазных силовых нагрузок и фазное 220 В между нулевым проводом N  и любой из фаз A, B, C – для подключения однофазных потребителей (осветительные приборы, различные коммунально-бытовые нагрузки и др.). это свойство сети определило её широкое и преимущественное распространение для электроснабжения городов, поселков и промышленных предприятий.

2.      Исключается возможность работы сети с поврежденной изоляцией на земля, так как образуется однофазное короткое замыкание на землю, что приводит к немедленному автоматическому отключению поврежденного участка сети максимальными защитами.

3.      Ёмкость фаз относительно земли не влияет на поражение людей электрическим током, так как фазы через нулевую точку трансформатора соединены с землей и емкость фаз зашунтирована.

В системе электроснабжения с глухозаземленной нейтралью 220/380 В имеются недостатки, которые исключают её применение в условиях с повышенной опасностью:

1.      Система является опасной с точки зрения поражения людей электрическим током. Человек, имеющий сопротивление тела 1000 Ом, при прикосновении к токоведущей части любой из фаз, с одной стороны, и заземленной металлической части электроустановки или земле, с другой стороны, попадает под фазное напряжение, и через тело начинает протекать опасный ток:

 

где Uф – фазное напряжение, В.

Допустимая величина тока для человека составляет 20-30 мА. Сопротивление изоляции других фаз относительно земли не играет никакой защитной роли.

2.      Система имеет повышенную опасность с точки зрения пожаров и взрывов взрывоопасной атмосферы, так как при повреждении изоляции любой из фаз на землю образуется однофазное короткое замыкание, сопровождающееся появлением довольно мощной дуги или искрения в месте замыкания. Поэтому данную систему не применяют при подземной добыче полезных ископае6мых, взрыво- и пожароопасных химических производствах, в особо сырых помещениях.

Системы электроснабжения 110 кВ и выше выполняются с глухозаземленной нейтралью (рис.2, б). Данная система делается трехпроводной, то есть без нулевого провода. Основным достоинством этих сетей является то, что при однофазных замыканиях на землю напряжение неповрежденных фаз по отношению к земле не повышается, то есть остается практически равным фазному. Благодаря этому, за счет облегчения изоляции фаз по отношению к земле, существенно уменьшаются расходы на сооружение ЛЭП, трансформаторов и другого оборудования. Экономия тем больше, чем выше напряжение сети.

Недостатком является отключение ЛЭП при каждом однофазном замыкании на землю. Этот недостаток значительно уменьшается путем широкого применения устройств автоматического повторного включения (АПВ). При кратковременном отключении линии защитой повреждение изоляции относительно земли самоликвидируется и последующая автоматическая подача напряжения,  как правило, бывает успешной.

Вторым недостатком являются большие токи замыкания на землю, что усложняет устройство и эксплуатацию средств заземления электрооборудования. Ограничение токов короткого замыкания на землю иногда осуществляется путём включения токоограничивающего реактора между нулевой точкой трансформатора и землей (рис.1, д).

В начало

Заземление нейтрали в трехфазных системах

Страница 10 из 35

При проектировании и эксплуатации электрических установок учитывают не только условия нормального рабочего режима, но и возможность появления нестационарных режимов работы. Наиболее опасным для электрической установки является короткое замыкание. При изучении режимов короткого замыкания различают системы с изолированной и заземленной нейтралью.
В трехфазной сети с изолированной нейтралью (рис. 22, а) каждая фаза обладает относительно земли некоторой емкостью, равномерно распределенной по длине провода (на рис. 22, а эта емкость условно заменена сосредоточенными емкостями). В нормальном режиме работы по проводам протекают одинаковые токи, получившие название зарядных. Геометрическая сумма зарядных токов всех трех фаз равна нулю и ток в земле не протекает. Напряжения фаз сети относительно земли симметричны.

Рис. 22. Трехфазная сеть с изолированной (а) и глухозаземленной (б) нейтралями (311 — заземляющий электрод)
При нарушении изоляции и замыкании на землю,, например фазы С, напряжение ее относительно земли будет равно нулю, а напряжение неповрежденных фаз (по отношению к земле) увеличится и станет равным междуфазному напряжению установки. Емкостные токи фаз А и В также увеличатся. Сумма токов фаз уже не будет равна нулю и в земле через место соединения потечет емкостный ток замыкания на землю, который  больше емкостного тока неповрежденных фаз А к В или больше нормального зарядного тока фазы. Ток  зависит от напряжения и длины линии
(2)
где U — междуфазное напряжение, кВ;
/в, /к — длина электрически связанных воздушных и кабельных линий данного напряжения, км.
В сетях с изолированной нейтралью при соединении одной фазы с землей токи замыкания на землю оказываются небольшими и нет необходимости мгновенно отключать линию, так как напряжение между фазами остается неизменным и сдвинутым по фазе на угол 120°. Защита в таких установках действует на сигнал, по которому персонал должен обнаружить место однофазного замыкания и устранить его. Работа при таком режиме допускается в течение 2 ч, после чего линия должна быть отключена.
Более длительная работа недопустима, так как при нарушении изоляции другой фазы относительно земли возникает двухфазное короткое замыкание через землю, что может привести к тяжелой аварии. Особенно опасно однофазное замыкание на землю через электрическую дугу, которая периодически гаснет и зажигается вновь (перемежающаяся дуга). Такая дуга может стать источником перенапряжений фаз относительно земли. Перенапряжения в 2,5—3,5 раза выше фазных напряжений, в результате чего возможны пробои изоляции и короткие замыкания в сети.
В СССР с изолированными нейтралями работают установки напряжением до 660 В (кроме установок 220/127, 380/220 В), сети 6 и 10 кВ с током замыкания соответственно 30 и 20А, сети 35 кВ с током не более 10 А. Для устранения перемежающихся дуг искусственно уменьшают ток однофазного замыкания до значения, при котором дуга не может поддерживаться. Достигается это заземлением нейтрали через дугогасящие катушки.
При глухом заземлении нейтрали (рис. 22, б) замыкание одной фазы, например С, на землю приводит к однофазному короткому замыканию, появлению в сети большого тока к.з., который вызывает срабатывание защиты и отключение поврежденного участка сети. Для уменьшения тока однофазного к. з. заземляют нейтрали у части трансформаторов в системе. Однако при этом отключается поврежденная часть сети и прерывается электроснабжение потребителей. Для повышения надежности электроснабжения в сетях с глухозаземленными нейтралями широко применяют автоматическое повторное включение (АПВ) линии и сооружают резервные линии электропередачи. В СССР с глухозаземленными нейтралями работают сети 110, 220 кВ и выше.

Выбор вариантов заземления электроэнергетических систем.

Выбор твердого заземления, заземления с низким или высоким сопротивлением зависит от области применения энергосистемы и степени допустимого прерывания питания.

Жесткое заземление с низким или высоким сопротивлением? Это вопрос, который задают те, кто занимается проектированием или модернизацией энергосистем. Ответ зависит от некоторых важных факторов. Чтобы сделать правильный выбор, разработчик должен иметь полное представление о конфигурации системы, благоприятных характеристиках и недостатках.Также требуется относительная важность включенного процесса или нагрузки.

В таблице на последней странице представлено сравнение характеристик этих различных методов заземления. Посмотрим на них повнимательнее.

Историческая справка

Большинство старых промышленных предприятий питались от незаземленных трехфазных трехпроводных сетей, работающих по схеме «треугольник». Многие из этих систем используются до сих пор. Этот выбор системы был основан на двух факторах. Во-первых, наиболее эффективно использовалась проводящая медь.Во-вторых, при первом замыкании на землю не протекал ток короткого замыкания, что считалось и остается преимуществом в некоторых приложениях, хотя существует опасность поражения электрическим током.

Однако на многих промышленных предприятиях наблюдались множественные отказы электродвигателей, которые были вызваны серьезными перенапряжениями, вызванными дуговым разрядом или резонансным замыканием на землю в незаземленных системах. Чтобы предотвратить эти перенапряжения, нейтрали многих энергосистем были заземлены, как правило, жестко. Было много факторов, которые способствовали переходу к прочно обоснованным системам, и эти факторы все еще важны сегодня.

Во-первых, твердое заземление очень эффективно ограничивает максимальное напряжение между фазой и землей. Во-вторых, он позволяет обслуживать нагрузки между фазой и нейтралью без возникновения опасных напряжений между нейтралью и землей в условиях замыкания на землю. В-третьих, простые и эффективные системы реле заземления могут использоваться для изоляции дефектной части системы в условиях замыкания на землю.

Ограничения на твердое заземление

Однако у надежного заземления есть некоторые ограничения. В системах среднего напряжения (СН) (от 2400 В до 35 кВ) даже при хорошем реле защиты от замыканий на землю повреждение в точке повреждения может быть чрезмерным.Фактически, эта проблема привела к обычному использованию заземления с низким сопротивлением, которое позволяет пропускать от нескольких сотен до нескольких тысяч ампер тока замыкания на землю. Такая практика снижает повреждение от короткого замыкания до приемлемого уровня, сохраняя при этом достаточный ток замыкания на землю для эффективного отключения неисправной части системы.

Кроме того, глухозаземленные системы низкого напряжения (НН) в диапазоне от 480 до 600 В имеют две другие проблемы. Первая проблема связана с проблемами приложения.Некоторые пользователи предпочитают поддерживать обслуживание, если это возможно, при наличии замыкания на землю в системе или, по крайней мере, организовывать упорядоченное контролируемое отключение. Это особенно верно для таких непрерывных производств, как производство электроэнергии, нефтепереработка, химическая и сталелитейная промышленность, а также бумажная промышленность. Поскольку многие из этих энергосистем работают в горячем состоянии, электрики подвергаются значительной опасности вспышки из-за возможного замыкания линии на землю, вызванного неправильно установленным инструментом.

Во-вторых, поскольку большинство таких систем полагаются на устройства максимального тока фазы для защиты от замыканий на землю, возможно иметь разрушительную дугу силой в несколько тысяч ампер в течение нескольких минут без инициирования автоматического отключения.

Чтобы преодолеть проблемы нежелательного отключения, опасности вспышки и перегорания, сохраняя при этом защиту от переходных перенапряжений заземленной системы, было разработано заземление с высоким сопротивлением.

Pro аргументы с высоким сопротивлением

Заземление с высоким сопротивлением включает заземление нейтрали системы через сопротивление, которое ограничивает протекание тока замыкания на землю до значения, равного или немного превышающего емкостной зарядный ток системы. Это значение выбрано, потому что это самый низкий уровень протекания тока замыкания на землю, при котором перенапряжения в системе могут быть эффективно ограничены.Увеличение протекания тока улучшает контроль перенапряжения за счет увеличения повреждения в точке повреждения; уменьшение протекания тока снижает вероятность повреждения в месте повреждения за счет увеличения риска перенапряжения.

Заземление с высоким сопротивлением применимо к системам распределения питания низкого и среднего напряжения, обслуживающих 3-фазные, 3-проводные нагрузки или линейные, однофазные нагрузки. Он эффективно контролирует переходные перенапряжения во время замыкания на землю, сводит к минимуму повреждение от дуги и опасность вспышки в точке замыкания и позволяет продолжать работу системы при замыкании на землю при напряжении 5 кВ и ниже.

Компоненты системы высокоомного заземления

Система заземления с высоким сопротивлением состоит из пяти основных частей: нейтрали системы, сопротивления заземления, детектора неисправностей и схемы аварийной сигнализации [ТАБЛИЧНЫЕ ДАННЫЕ ОПРЕДЕЛЕННЫ], схемы обнаружения неисправностей и упаковки для этих компонентов. Строго говоря, требуются только первые два пункта; однако полезность системы заземления без трех других элементов существенно ограничена.

Система нейтральная. Безусловно, самый простой способ получить нейтраль системы — использовать нейтраль силового трансформатора или генератора, соединенного звездой, который питает систему.В любой новой системе рекомендуется использовать этот метод.

В существующих системах с соединением треугольником (или в новых системах, которые должны быть соединены треугольником, чтобы обеспечить параллельное соединение с существующими системами), нейтраль может быть получена с помощью группы из трех небольших трансформаторов, соединенных звездой на первичной обмотке и треугольником на первичной обмотке. вторичный. Номинальное первичное напряжение должно быть равно линейному напряжению системы, поскольку трансформаторы, подключенные к незаземленным фазам, будут видеть это напряжение в условиях твердого замыкания на землю на одной фазе.Вторичная обмотка должна быть рассчитана на 120 В для удобства обнаружения неисправности. Номинальная мощность в кВА должна быть выбрана таким образом, чтобы номинальный первичный ток трансформатора был равен или превышал 1/3 выбранного тока заземления системы, поскольку ток заземления делится поровну между тремя трансформаторами.

Например, если вы решили заземлить систему на 2400 В, чтобы мог протекать ток заземления 10 А, требуемый размер трансформатора равен 2400 умноженным на 10, деленным на 3, или 8000 ВА. Таким образом, будут использоваться три стандартных трансформатора 10 кВА.

Сопротивление заземления. Сопротивление заземления определяет величину протекающего тока замыкания на землю. Поскольку желаемое значение зависит от емкостного зарядного тока системы, зарядный ток должен быть определен до того, как можно будет выбрать резистор. Единственный точный метод определения этого тока для любой данной системы — это измерение.

Поскольку измерение невозможно на этапах проектирования установки, обычной практикой является оценка емкостного зарядного тока, обеспечение резистора с ответвлениями, который позволяет несколько настроек в диапазоне расчетного тока, выполнение необходимых измерений и установка резистора на время установки.

Было накоплено достаточно данных по системным измерениям, чтобы позволить достаточно точные оценки системных емкостных зарядных токов для различных систем.

Было установлено, что типичные значения емкостных зарядных токов следующие.

Системы

* 480 В: обычно менее 1 А, максимум около 5 А.

Системы

* 2400 В и 4160 В: от 2 до 7 А.

Системы

* 13,8 кВ: от 10 до 20 А.

Эти значения относятся к внутризаводским энергетическим системам, например, вспомогательным системам для систем генерации или системам распределения для промышленных предприятий.Системы распределения коммунальных услуг будут иметь более высокие значения из-за большей длины проводника.

(июльский выпуск 1994 г., «Что нужно знать о заземлении с высоким сопротивлением»)

Определение необходимого сопротивления

После оценки зарядного тока системы и выбора значения тока замыкания на землю определяется значение требуемого сопротивления. Для систем на 480 В очень практичный резистор заземления может быть сделан из четырех резисторов 77 Ом номиналом 750 Вт, 240 В. каждый.Они могут быть соединены в различных последовательно-параллельных схемах для создания соответствующего тока.

Низковольтные системы с треугольным соединением. Чаще всего подключают батарею заземляющего трансформатора к вторичной обмотке 480 В и вставляют сопротивление между нейтралью этой батареи и землей, как показано на рис. 1, без подключения нагрузки к вторичной обмотке. Как показано, ток замыкания на землю может быть ограничен до 1,2 А сопротивлением 277, деленным на 1,2, или 230,8 Ом. Таким образом, три резистора сопротивлением 77 Ом, соединенные последовательно, обеспечат это значение.

СН с подключением по схеме «треугольник». Для систем среднего напряжения, имеющих силовой трансформатор с соединенной треугольником вторичной обмоткой, батарея заземляющего трансформатора подключается к вторичной обмотке силового трансформатора, а сопротивление заземления подключается во вторичной обмотке этой батареи, как показано на рис. 2. Это позволяет устранить неисправность. -обнаружение и расположение компонентов схемы, которые будут работать на уровне вторичного напряжения. При таком подключении вторичный ток может быть рассчитан путем умножения первичного тока трансформатора на коэффициент трансформации.Это ток, протекающий через резистор заземления, и его значение определяет номинальный постоянный ток резистора заземления. Напряжение на резисторе в условиях замыкания на землю в 1,732 раза больше вторичного напряжения батареи заземляющего трансформатора, или 208 В для номинала 120 В. Требуемое сопротивление заземления можно определить по этим значениям тока и напряжения. Для примера, показанного на рис. 2, коэффициент трансформации равен 4160, деленному на 120, или 34,67 к 1. Для тока короткого замыкания 5 А первичный ток будет равен 5, деленному на 3, или 1.67A; вторичный ток будет 1,67 умножить на 34,67 или 57,9 А. Требуемое сопротивление заземления будет 208 делить на 57,9 или 3,6 Ом. Это будет видно по току короткого замыкания как высокое сопротивление при отражении в первичной обмотке.

СН, соединенные звездой. Для силового трансформатора с вторичной обмоткой, соединенной звездой, первичная обмотка однофазного заземляющего трансформатора подключается между нейтралью и землей, а резистор подключается во вторичной цепи, как показано на рис. 3. Номинальное напряжение на первичной обмотке. трансформатора должно быть, по крайней мере, равным линейному напряжению системы и может быть равно линейному напряжению системы, если это более удобно.Номинальная мощность в кВА должна быть выбрана таким образом, чтобы номинальный первичный ток трансформатора не превышал ток замыкания на землю системы. Номинальное вторичное напряжение может составлять 120 или 240 В. Вторичный ток в условиях замыкания на землю будет равен току замыкания на землю системы, умноженному на коэффициент передачи трансформатора. Вторичное напряжение в условиях замыкания на землю будет равняться напряжению между фазой и нейтралью системы, деленному на коэффициент трансформации. Используя эти значения, можно рассчитать сопротивление и мощность резистора заземления.Значения, показанные на рис. 3, являются результатами для тока замыкания на землю 5А. Обратите внимание, что омическое значение отличается от значения на рис. 2, но требуемая мощность такая же.

Как и в системах низкого напряжения, производители обычно поставляют резисторы с ответвлениями, которые покрывают диапазон ожидаемых значений. Полевые измерения определят окончательную настройку.

Что можно и нельзя делать с заземлением с высоким сопротивлением

При использовании системы заземления с высоким сопротивлением необходимо соблюдать следующие правила.

* Используйте заземление с высоким сопротивлением для ограничения переходных перенапряжений без отключения заземленного оборудования при возникновении первого замыкания на землю (5 кВ и ниже).

* Используйте чувствительные реле замыкания на землю для отключения выключателей, запитывающих неисправные элементы системы при напряжении выше 5 кВ.

* Обеспечьте выполнение процедур технического обслуживания для обнаружения и устранения замыканий на землю сразу после обнаружения.

* Проверьте все системы на предмет действительного емкостного зарядного тока системы при установке и соответствующим образом установите заземляющий резистор.

* Не используйте заземление с высоким сопротивлением там, где должны обслуживаться 3-фазные, 4-проводные нагрузки.

* Не используйте заземление с высоким сопротивлением вместо надлежащего обслуживания системы.

* Не предусматривайте дополнительных заземляющих соединений на другом электрическом оборудовании при использовании заземляющего оборудования с высоким сопротивлением. Заземление только на заземляющем резисторе.

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ ЧТЕНИЯ

EC&M Статей:

«Что нужно знать о заземлении с высоким сопротивлением», июль 1994 года.

Болдуин Бриджер-младший, P.E. является техническим директором Powell Electrical Manufacturing Co., Хьюстон, Техас, и бывшим президентом Общества промышленных приложений IEEE.

Что такое система твердого заземления? Определение — преимущества и недостатки

Когда токоведущая точка системы электроснабжения, имеющая нулевой потенциал при нормальных условиях, подключена к точке заземления , называется заземлением. Заземление может быть выполнено через сопротивление , реактивное сопротивление и твердое заземление.У каждого способа заземления есть свои плюсы и минусы.

Определение


Когда нейтральная точка трехфазной системы соединена с землей через незначительное сопротивление, это называется твердым заземлением или эффективным заземлением. Точка Y трансформатора, нейтральная точка звездообразного генератора эффективно заземлены или надежно заземлены.

При твердом заземлении потенциал нейтрали имеет нулевой потенциал при нормальных условиях, а при неисправности напряжение нейтрали возрастает до фазного напряжения.Напряжение исправных фаз не увеличивается при неисправности системы, если электрическая система имеет надежное заземление.

При твердом заземлении ток короткого замыкания протекает через путь наименьшего сопротивления, поскольку нейтральная точка прикреплена к земле, имеющей очень низкое сопротивление, поэтому желательно, чтобы полное сопротивление системы было достаточно большим, чтобы ограничить ток замыкания. Прочное заземление предпочтительнее, когда полное сопротивление цепи достаточно велико, чтобы ограничить ток короткого замыкания.Система надежного заземления предпочтительна, когда:

  1. Полное сопротивление прямой последовательности системы питания равно или превышает полное сопротивление нулевой последовательности.

  2. Реактивное сопротивление прямой последовательности в три раза больше или равно реактивному сопротивлению нулевой последовательности.

Рассмотрим трехфазную систему питания, нейтраль которой соединена с землей. Если замыкание фазы на землю происходит в фазе и , ее фазное напряжение становится равным нулю. Однако две исправные фазы b, и c, имеют то же напряжение, что и раньше, и эти исправные фазы , продолжают подавать ток повреждения.Ток замыкания на землю не должен превышать 80% от трехфазного замыкания. Напряжение исправных фаз в системе твердого заземления не повышается. Ток повреждения If является индуктивным по своей природе, а Ib + Ic — емкостным. Таким образом, емкостной ток сводится к нулю с индуктивным током, и из-за этого не возникает дуговое напряжение и состояние перенапряжения.

В системе с твердым заземлением ток короткого замыкания ограничивается полным сопротивлением системы. Поэтому твердое заземление используется для напряжений ниже или до 33 кВ с общей мощностью не более 5 МВА.

Преимущества надежного заземления

  1. Нейтраль удерживается при нулевом потенциале.

  2. Напряжение исправной фазы при КЗ в любой из фаз остается постоянным, и, таким образом, не возникает напряжения дуги и перенапряжения.

  3. Сильный ток, протекающий через землю, может быть легко обнаружен трансформатором тока, а неисправная секция может быть быстро изолирована с помощью автоматического выключателя или предохранителей.

  4. Прочное заземление снижает вероятность перенапряжения.

  5. Напряжение исправных фаз остается таким же, как и до повреждения, поэтому для оборудования требуется меньше изоляции, что приводит к экономии на стоимости оборудования.

  6. Место неисправности легко определить.

  7. Система твердого заземления позволяет использовать фазное напряжение для однофазных нагрузок, поскольку напряжение между фазой и нейтралью составляет около 58,7% от линейного напряжения.

Недостатки твердого заземления
  1. Сильный ток замыкания на землю протекает в случае системы с глухим заземлением и, таким образом, система испытывает сильные электрические и механические нагрузки.Это может даже вызвать повреждение оборудования, если ток короткого замыкания не будет вовремя прерван автоматическим выключателем.

  2. Сильный ток замыкания на землю снимается автоматическим выключателем, и это может вызвать повреждение контактов выключателя в долгосрочной перспективе. Для надежной системы заземления прерыватель должен быть усиленным.

  3. Сильный ток короткого замыкания может создать помехи в соседней цепи связи.

  4. Ток замыкания на землю ограничен только импедансом системы, поэтому величина тока замыкания на землю очень высока.Этот высокий ток может вызвать вспышку дуги в месте повреждения и вызвать серьезные повреждения.

  5. Напряжение в точке повреждения может превышать 100 вольт, когда большой ток повреждения протекает от точки повреждения к земле. Величина напряжения при повреждении равна произведению тока повреждения и полного сопротивления заземления.

Связанные сообщения:

  1. Что такое электрическое заземление? Типы электрического заземления

  2. Разница между заземлением, заземлением и нейтралью

  3. Почему NGR используется для заземления нейтрали?

  4. Что такое заземление с высоким сопротивлением (HRG)?

Электробезопасность для высокоомных заземленных энергосистем — Bender

Что такое заземление с высоким сопротивлением?

Нейтральная точка системы HRG соединена с землей через токоограничивающий резистор.Этот тип системы электроснабжения часто используется на промышленных предприятиях, чтобы они могли продолжать работать при замыкании на землю или для управления напряжением замыкания на землю на приводном оборудовании.

Когда происходит замыкание на землю, протекает ток замыкания на землю, аналогично системе с глухим заземлением, но его величина сильно ограничена (обычно 10 А или меньше) резистором заземления нейтрали (NGR). Это дает несколько преимуществ: достаточный ток для обнаружения и локализации замыканий на землю; это не вызовет возрастающего повреждения в месте неисправности; он не перерастет в дуговое замыкание на землю, он ограничивает потенциал прикосновения (напряжение между корпусом оборудования и землей) до более безопасного уровня и позволяет продолжать работу до тех пор, пока система не будет отключена контролируемым образом.

Важно отметить, что напряжение между фазой и землей неповрежденных фаз будет увеличиваться во время замыкания на землю, что увеличивает вероятность второго замыкания на землю — неисправное оборудование следует отремонтировать или заменить как можно скорее. Резистивное заземление снижает вероятность вспышки дуги между фазой и землей, делая системы более безопасными, но не ограничивает межфазный ток или энергию вспышки дуги.

Системы с заземлением с высоким сопротивлением не могут зависеть от устройств защиты от перегрузки по току, таких как предохранители и автоматические выключатели, даже те, которые оборудованы защитой от замыканий на землю, для защиты от замыканий на землю.Фактически, во многих случаях замыкания на землю могут оставаться в системе до тех пор, пока они не будут устранены упорядоченным и запланированным образом. Для обнаружения тока замыкания на землю низкого уровня необходимо установить подходящую систему обнаружения замыкания на землю. При правильном проектировании такие системы также могут быстро обнаружить неисправный ответвление, распределительное устройство или нагрузку. Системы отключения могут автоматически отключать неисправную цепь, позволяя остальной части системы продолжать работу. Однако такие системы зависят от целостности резистора заземления нейтрали.

Руководство по заземлению, соединению, экранированию и защите от перенапряжения — Заземление нейтрали системы питания




..

1. Введение

Как мы видели в предыдущем разделе, заземление нейтрали системы питания выполняет две важные функции.

  • Он обеспечивает ссылку для всей энергосистемы на основную массу и устанавливает путь для протекания токов на землю всякий раз, когда это нарушение изоляции, так что неисправность может быть обнаружена схемой защитные устройства и изолированные.
  • Гарантирует, что в случае случайного подключения токоведущих частей к токопроводящему металлическому корпусу, любое лицо, вступающее в контакт с корпусом не испытывает опасно высокого напряжения. Этот выполняется путем приклеивания корпуса к земле так, чтобы потенциал прочно «привязан» к земле. Также склеивание все открытые металлические части в здании и их соединение с землей создает эквипотенциальная среда, в которой все такие части будут по существу с тем же потенциалом, что и земля.

В этом разделе мы узнаем о различных типах заземления и электрические системы и их относительные преимущества. Как вы помните из предыдущий раздел, заземление как источника, так и оборудования потребителя необходимо. В этом разделе мы увидим заземление источник питания.

Примечание: Мы будем обсуждать в этом, а также в следующих разделах электрические системы трехфазной конфигурации, поскольку для всех практических целей, это единственная конфигурация, которая используется во всем мире. усыновить.Однако системы однофазной конфигурации будут использоваться в иллюстрации для простоты. ИНЖИР. 1 показаны различные типы заземления. методы, которые возможны.

Схематическое изображение этих различных методов заземления и эквивалентные импедансы показаны на фиг. 2. Мы пройдем через подробно о каждом методе в следующих параграфах.


РИС. 1 Способы заземления


РИС. 2 Методы заземления и эквивалентные сопротивления

Заземление нейтрали системы питания 15

2. Незаземленные системы

Как обсуждалось в разделе 1, обеспечение опорного заземления в электрическом система важна для безопасной работы. Но есть определенные случаи в которым система может работать без такой ссылки.

По определению, электрическая система, которая не подключена намеренно к земле в любой точке, является незаземленной системой. Однако следует Следует отметить, что соединение с землей действительно существует из-за наличия емкостей между токоведущими проводниками и землей, что обеспечивает ссылка.Но эти емкостные реактивные сопротивления настолько высоки, что они не могут предоставить надежную ссылку. ИНЖИР. 3 иллюстрирует этот момент. В некоторых случаях, нейтраль первичных обмоток трансформатора напряжения, подключенная к система заземлена, тем самым давая заземление для системы.


РИС. 3 Виртуальное заземление в незаземленной системе

Можно отметить, что обычно значения емкости равны линии L1 и L2 находятся примерно под потенциалом, равным половине напряжения источник с земли (это можно продемонстрировать измерением устройства с высоким импедансом, такого как вольтметр электростатического типа).Основное преимущество незаземленных систем заключается в том, что при наличии неисправность в системе, связанная с землей, результирующие токи настолько малы что они не представляют немедленной проблемы для системы. Следовательно система может работать без перебоев, что может быть важно, когда простой будет дорогостоящим с точки зрения потерь производства или может привести к к опасным для жизни чрезвычайным ситуациям.

Второе преимущество состоит в том, что не нужно вкладывать средства в сложные защитные оборудование, а также системы заземления, что снижает общую стоимость системы.(На практике это, однако, несколько компенсируется более высоким рейтинги изоляции, которые требуются для этого типа системы из-за практических соображений.)

Недостатки таких систем следующие:

• Во всех электрических системах, кроме очень маленьких, емкости, которые существуют между проводниками системы и землей, может привести к протеканию емкостной ток в точке повреждения, который может вызвать повторное искрение и нарастание чрезмерного напряжения относительно земли.Это далеко более разрушительный и может вызвать множественные нарушения изоляции в системе в тот же момент.

• Вторым недостатком практических систем является обнаружение точное местонахождение неисправности, что может занять гораздо больше времени, чем при заземлении системы.

Это связано с тем, что обнаружение неисправности обычно выполняется с помощью неисправного соединение треугольником в цепи трансформатора напряжения (фиг. 4а и б). Эта договоренность не сообщает, где произошла ошибка, и чтобы сделать это, Требуется гораздо более сложная система защиты от замыканий на землю, которая сводит на нет преимущество в цене, о котором мы говорили изначально.

• Кроме того, второе замыкание на землю происходит в другой фазе, когда одно присутствует нерешенная неисправность, приведет к короткому замыканию в системе.

Из-за этих огромных недостатков очень редко, если вообще когда-либо, распространение системы эксплуатируются как незаземленные.


РИС. 4a Обнаружение замыкания на землю при разрыве соединения треугольником — под нормальное состояние

3. Системы с глухим заземлением

Как видно из названия, надежно заземленная система — это система, в которой нейтраль системы напрямую соединена с землей без введения любое преднамеренное сопротивление в цепи заземления.При соответствующем выборе типа и количества заземляющих электродов можно получить заземление с очень низким импедансом, иногда до 1 Ом. Прочно заземленная система надежно фиксирует нейтраль на земле и гарантирует, что когда есть замыкание на землю в одной фазе, напряжение исправных фаз по отношению к земле не увеличивается до значений заметно выше чем значение при нормальных условиях эксплуатации.

При замыкании на землю в линии A предполагается наличие потенциала земли.

Таким образом, напряжение на первичной обмотке трансформатора тока становится равным

.

ABBA, CCA V 0, V = V, V = V =

Таким образом, вторичные векторы равны

.

abba, около V 0, V = V, V = V =


РИС. 4b Обнаружение замыкания на землю при разрыве соединения треугольником — под Состояние замыкания на землю

Преимущества данной системы:

• Неисправность легко обнаруживается и поэтому быстро устраняется цепью. защитные устройства.Довольно часто защита от короткого замыкания (например, автоматические выключатели или предохранители) достаточно для определения и изоляции заземления. неисправности тоже.

• Легко идентифицировать и выборочно отключать неисправную цепь, чтобы питание других цепей или потребителей может оставаться неизменным (контраст это с незаземленной системой, где систему, возможно, придется нарушены, чтобы обеспечить обнаружение неисправной цепи).

• Отсутствие переходных перенапряжений.

Основным недостатком является то, что при применении в распределительных цепях более высокое напряжение (5 кВ и выше) приводит к очень низкому сопротивлению заземления при очень высоких токах короткого замыкания, почти равных или в некоторых случаях выше чем токи трехфазного короткого замыкания в системе.

Это может увеличить номинальные характеристики разрывного режима оборудования, которое будет выбрано. в этих системах.

Такие высокие токи могут не иметь серьезных последствий, если произойдет сбой. в распределительных проводниках (воздушных или кабельных).Но когда случается ошибка внутри устройства, такого как двигатель или генератор, такие токи будут при обширном повреждении активных магнитных частей, через которые они текут в достичь земли.

По этим причинам использование твердого заземления нейтрали ограничено системы пониженного напряжения (380 В / 480 В), обычно используемые в помещениях потребителей. Во всех остальных случаях всегда используется какая-либо форма сопротивления заземления. для уменьшения повреждений критически важных компонентов оборудования.

4. Заземление через нейтральный реактор

В этом методе заземления индуктор (также называемый заземляющим реактором) используется для подключения нейтрали системы к земле. Это ограничивает землю ток короткого замыкания, поскольку он зависит от напряжения между фазой и нейтралью и нейтральный импеданс. Обычно выбирают номинал заземления. реактор таким образом, чтобы ток замыкания на землю ограничивался значение между 25 и 60% трехфазного тока короткого замыкания для предотвращения возможность возникновения переходных перенапряжений.Даже эти значения ток короткого замыкания высок, если предотвращается повреждение активных частей (как показано выше) это цель.

5. Резонансное заземление с помощью нейтрального реактора

Чтобы избежать проблемы очень высоких токов замыкания на землю, метод может быть принято резонансное заземление. Резонансное заземление — вариант реактора. заземления со значением реактивного сопротивления заземляющего реактора, выбранным таким что ток замыкания на землю через реактор равен току протекает через емкости системы при таком неисправном состоянии.Этот позволяет почти погасить ток короткого замыкания, что приводит к очень сильному малая величина тока, совпадающего по фазе с напряжением. Это служит цели низкого тока замыкания на землю, а также предотвращения дугового разряда (емкостного) неисправности, являющиеся причиной переходных перенапряжений. Действие объяснено на фиг. 5.


РИС. 5 Резонансное заземление

Этот тип заземления распространен в системах 15 кВ (первичное распределение). диапазон в основном с воздушными линиями, но не используется в промышленных системах где настройка реактора может быть нарушена из-за конфигурации системы изменения, вызванные включением или выключением кабельных фидеров (с высокой емкостной токи) часто.

6. Заземление через сопротивление нейтрали

Это наиболее распространенный метод заземления, применяемый в цепи напряжения. Система заземлена резистором, подключенным между нейтральная точка и земля. Преимущества этого типа заземления следующие:

• Снижение повреждений активных магнитных компонентов за счет уменьшения количества неисправностей. Текущий.

• Сведение к минимуму энергии короткого замыкания, так что эффекты вспышки или дуги минимальный, что обеспечивает безопасность персонала вблизи места повреждения.

• Предотвращение переходных перенапряжений и возникающих вторичных отказов.

• Уменьшение кратковременных провалов напряжения, которые могут быть вызваны токами короткого замыкания. были выше, как и в случае надежно заземленной системы.

• Получение достаточного тока короткого замыкания для легкого обнаружения и изоляция неисправных цепей.

Заземление сопротивления снова можно разделить на две категории, а именно. заземление с высоким сопротивлением и заземление с низким сопротивлением.

Высокоомное заземление ограничивает ток примерно до 10 А. Но для обеспечения чтобы не возникало переходных перенапряжений, это значение должно быть больше, чем ток через емкость системы на землю. Таким образом, приложения для заземления с высоким сопротивлением несколько ограничиваются случаями с очень низким устойчивость к более высоким токам замыкания на землю. Типичный случай — большой турбогенераторы, которые напрямую подключены к высоковольтной передаче систему через повышающий трансформатор.Емкостной ток в генераторе схемы обычно имеют очень низкие разрешающие значения токов замыкания на землю быть всего 10 А. Низкий ток обеспечивает минимальное повреждение генератора. магнитный сердечник, что позволяет избежать дорогостоящего заводского ремонта. ИНЖИР. 6 иллюстрирует Практический случай заземления нейтрали генератора этого типа.


РИС. 6 Заземление нейтрали турбогенератора через высокую нейтраль сопротивление.

С другой стороны, заземление с низким сопротивлением предназначено для заземления. токи короткого замыкания 100 А или более, при этом обычно значения даже 1000 А.Значение тока замыкания на землю все еще намного ниже, чем у трехфазной системы. токи короткого замыкания. Этот метод чаще всего используется в промышленных системах. и имеет все преимущества временного ограничения, легкого обнаружения и ограничение серьезных повреждений дуги или вспышки.

7. Точка заземления

В большинстве трехфазных систем нейтральная точка источника (генератора или трансформатор) подключен к земле. Это имеет преимущество минимального потенциал клемм под напряжением относительно земли.

В случае генераторов, которые почти всегда подключены звездой (звездой), нейтральная точка доступна для заземления. Однако в случае трансформатора подстанции, нейтраль не всегда может быть доступна, так как обмотка может быть дельта подключена. В таких случаях необходимо будет получить виртуальный нейтрали с помощью устройства, называемого заземляющим трансформатором.

Трансформаторы заземления бывают двух типов, а именно. зигзаг связаны трансформатор без вторичной обмотки и трансформатор звезда-треугольник.ИНЖИР. 7 показан зигзагообразный заземляющий трансформатор.


РИС. 7 Трансформатор заземления зигзагообразный

Клеммы первичной обмотки трансформатора подключены к системе, который должен быть заземлен. Нейтральная точка трансформатора заземлена. прочно или через импеданс в зависимости от выбранного типа заземления. В нормальных условиях трансформатор ведет себя как любой другой трансформатор. с разомкнутой вторичной обмоткой (без нагрузки) и потребляет небольшой ток намагничивания из системы.Импеданс трансформатора на замыкание на землю (ноль последовательность) токи, однако, крайне малы. Когда одна из линий развивается при замыкании на землю ток ограничивается только импедансом заземления. Таким образом, система ведет себя практически так же, как любая система с заземленная нейтраль источника. ИНЖИР. 8 показывает это поведение. Ток замыкания на землю течет по линии разлома делится на три равные части, текущие через каждую фазную обмотку трансформатора.


РИС. 8 Поведение трансформатора, подключенного зигзагообразно, при замыкании на землю

Другой тип заземляющего трансформатора — это трансформатор, соединенный звездой-треугольником. Клеммы первичной обмотки трансформатора подключены к системе, который должен быть заземлен, нейтраль первичной обмотки подключена к земля и вторичный треугольник либо остаются разомкнутыми, либо могут быть подключены к трехфазной трехпроводной системе питания по мере необходимости (см. РИС.9). Этот тип трансформатора также представляет собой путь с низким сопротивлением к потоку. токов нулевой последовательности из-за циркулирующего пути, предлагаемого вторичной обмотка дельта. Это позволяет току замыкания на землю течь через первичной обмотки и к земле через полное сопротивление заземления. ИНЖИР. 10 иллюстрирует это действие.

Британский стандарт BS: 7671: 2000 (IEE Wiring Rules) обсуждает подробно заземлены низковольтные установки и предоставлен метод классификации систем электроснабжения по типу заземления, принятому как а также метод, используемый для расширения системного заземления на потребительские установки.В стандарте также обсуждаются сравнительные достоинства различных типов. систем для конкретных приложений (см. Раздел A для получения подробной информации эта классификация).

8. Прочие вызовы

В приведенных выше обсуждениях мы имели дело с системами, имеющими один источник. Однако, когда задействовано более одного источника (например, несколько генераторов или смесь генераторов и трансформаторов), заземление нейтрали становится еще более сложная задача.Руководящие принципы остались прежними, а именно. необходимость ограничения тока короткого замыкания до безопасных, но легко определяемых значений и предотвращение переходных перенапряжений при замыкании на землю.


РИС. 9 Трансформатор заземления звезда-треугольник


РИС. 10 Поведение заземляющего трансформатора звезда-треугольник при заземлении системы неисправности

Для систем распределения электроэнергии с несколькими уровнями напряжения разделенные трансформаторами, необходимо заземлить нейтраль. для каждой отдельной системы с учетом приведенных принципов выше и характеристики каждой системы.

Заземление нейтрали электрических систем в большом мобильном оборудовании наличие собственных понижающих трансформаторов создает дополнительные сложности. Однако они выходят за рамки данного руководства и поэтому не разработан.

9. Резюме

В этом разделе мы обсудили различные типы заземляющих электрических систем. и соображения, определяющие выбор. Мы также видели, как виртуальная нейтральная точка может быть установлена ​​косвенными способами, используя заземляющий трансформатор.Различные типы систем питания на основе нейтрали Были рассмотрены методы электромонтажа.

Незаземленные, глухозаземленные и заземленные через сопротивление системы

Незаземленные, глухозаземленные и заземленные через сопротивление системы


НЕЗЕМНАЯ СИСТЕМА


Преимущества

• Возможна работа с одной неисправной фазой


Недостатки

• Замыкания на землю трудно обнаружить
• Переходные перенапряжения повреждают оборудование



СИСТЕМА ТВЕРДОЗЕМЛЕНИЯ


Преимущества

• Устраняет переходные перенапряжения
• Возможность выборочного отключения


Недостатки

• Дорогостоящие повреждения в месте неисправности
• Не может работать при замыкании на землю
• Опасность дугового замыкания на землю
• Повышенный риск дугового разряда



СИСТЕМА ЗАЗЕМЛЕНИЯ


Преимущества

• Сниженное повреждение в месте повреждения и риск дугового разряда
• Устраняет переходные перенапряжения
• Упрощает определение места замыкания на землю
• Непрерывная работа при замыкании на землю
• Возможность выборочного отключения
• Отсутствие опасности дугового разряда при замыкании на землю


Недостатки

• Отказ резистора заземления нейтрали приводит к неработоспособности токоизмерительной защиты от замыканий на землю



Преобразование систем с глухим заземлением в системы с заземленным сопротивлением


Резистивное заземление защищает систему от опасности возникновения дугового разряда, вызванного замыканиями на землю, и обеспечивает метод непрерывной работы или упорядоченную процедуру отключения.(По оценкам, замыкания на землю составляют 98% всех электрических неисправностей.)


Поскольку имеется нейтральная точка источника питания, прочное соединение между нейтралью и землей заменяется заземляющим резистором. Этот резистор ограничивает ток замыкания на землю до заданного значения, обычно 5 А для систем на 480 В (емкостной зарядный ток системы обычно меньше 3 А). Ограничивая ток замыкания на землю до 5 А или менее, исключается опасность дугового разряда, связанная с замыканиями на землю.Это обеспечивает непрерывную работу во время первого замыкания на землю.


Во время замыкания на землю в системе с заземлением через сопротивление (RG) происходит сдвиг напряжения (тот же сдвиг, что и в незаземленных системах). Поврежденная фаза падает до ~ 0 В, неповрежденные фазы повышаются до линейного напряжения по отношению к земле, а нейтральная точка повышается до линейного напряжения по отношению к земле.


Примечание по проектированию 1 : Преобразование NGR для системы с глухим заземлением требует подключения нейтрали к существующей энергосистеме, как правило, на главном трансформаторе или распределительном устройстве.См. Рисунок 2.

Примечание по проектированию 2 : Сдвиг напряжения требует, чтобы оборудование было полностью рассчитано на линейное напряжение по отношению к земле. Это может потребовать перенастройки или замены TVSS, VFD, счетчиков и т. Д.

Примечание по проектированию 3 : Сдвиг напряжения также ограничивает нейтральное распределение. Нейтраль обычно не может быть распределена из-за повышения ее потенциала во время замыканий на землю. Однофазные нагрузки с линейным напряжением должны обслуживаться изолирующим трансформатором 1: 1 или преобразованы в линейные нагрузки.

Примечание по проектированию 4 : сквозной ток резистора должен быть больше, чем ток емкостной зарядки системы (см. Раздел I). 15

Примечание разработчика 5 : Системы защиты, координации и оповещения зависят от целостности NGR. Рекомендуется мониторинг с помощью монитора SE-330 или SE-325 NGR.

Заземление нейтрали подстанции — EE Publishers

28 февраля 2018 г., Опубликовано в статьях: Energize

Майка Райкрофта, EE Publishers

Распределительные системы заземлены, чтобы создать опорную точку для напряжения системы, облегчить обнаружение и различительную изоляцию неисправностей, связанных с контактом с землей, и ограничить перенапряжения в переходных условиях.Система заземления нейтрали — это система, в которой нейтраль соединена с землей либо жестко, либо через сопротивление или реактивное сопротивление, величина которого достаточна для существенного уменьшения переходных процессов и обеспечения достаточного тока для работы устройств селективной защиты от замыканий на землю. Чувствительные детекторы повреждений позволяют снизить токи повреждения до очень низких значений.

Незаземленные нейтрали использовались в прошлом, потому что первое замыкание на землю не требовало отключения системы.Незапланированный останов при первом замыкании на землю был особенно нежелателен для отраслей, основанных на непрерывных процессах и где было необходимо продолжение подачи даже в условиях единичного замыкания. Несмотря на достижение первоначальной цели, незаземленная система не обеспечивала контроля переходных перенапряжений.

Системы заземления нейтрали похожи на предохранители тем, 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 защиты от замыканий на землю отключают выключатели и ограничивают продолжительность замыкания, а резисторы заземления нейтрали ограничивают величину тока замыкания.

Существует пять методов заземления нейтрали:

  • Незаземленная нейтральная система
  • Система с твердым заземлением нейтрали
  • Система заземления нейтрали через сопротивление
    o Заземление с низким сопротивлением
    o Заземление с высоким сопротивлением
  • Резонансная система заземления нейтрали
  • Система заземления трансформатора

Незаземленные системы

В системе с незаземленной нейтралью нет внутреннего соединения между проводниками и землей.Однако существует емкостная связь между проводниками системы и прилегающими заземленными поверхностями. Следовательно, «незаземленная система» в действительности является «емкостной заземленной системой» благодаря распределенной емкости. 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 (рис.1).

Рис.1: Емкостная связь незаземленной распределительной системы [5].

В нормальных рабочих условиях эта распределенная емкость не вызывает проблем. Фактически, это выгодно, поскольку фактически устанавливает нейтральную точку для системы. В результате фазные проводники испытывают напряжение только при напряжении между фазой и нейтралью, превышающем потенциал земли. Но проблемы могут возникнуть в условиях замыкания на землю. Замыкание на землю в одной линии приводит к появлению полного линейного напряжения во всей системе между проводниками и заземленными поверхностями.Таким образом, на всей изоляции системы присутствует напряжение в 1,73 раза превышающее нормальное. Эта ситуация часто может вызвать отказ трансформаторов из-за пробоя изоляции.

Системы с глухим заземлением

В системе с глухозаземленной нейтралью нейтраль подключается непосредственно к земле, либо напрямую, либо через трансформатор виртуальной нейтрали. Обычно все низковольтные системы надежно заземлены. Для систем среднего и высокого напряжения сплошное заземление является самым дешевым методом, но имеет ряд серьезных недостатков.

  • Высокие токи короткого замыкания с последующим повреждением оборудования
  • Высокий ток вызовет отключение всех фаз

Резисторы заземления нейтрали используются для ограничения тока короткого замыкания в трансформаторах. При возникновении фазы замыкания на землю ток замыкания ограничивается только сопротивлением почвы. Этот ток, который может быть очень большим, может повредить обмотки. Сети низкого напряжения обычно имеют глухое заземление, а резистивное заземление нейтрали обычно применяется только к линиям среднего и высокого напряжения.

Рис. 2: Система с глухим заземлением [4].

Системы с резистивным заземлением

Основными причинами ограничения тока фазы на землю путем заземления сопротивления являются:

  • Для уменьшения эффектов горения и плавления неисправного электрического оборудования, такого как распределительное устройство, трансформаторы, кабели.
  • Для снижения механических напряжений в цепях / оборудовании, несущем токи повреждения.
  • Для снижения опасности поражения персонала электрическим током в результате 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 подстанции (рис. 3), чтобы ограничить максимальный ток короткого замыкания до значения, которое не приведет к повреждению оборудования, в то же время обеспечивая достаточный ток замыкания для срабатывания реле защиты от замыканий на землю.Хотя можно ограничить токи короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с высоким сопротивлением, токи короткого замыкания на землю могут быть значительно уменьшены, и устройства защиты могут не распознавать замыкание.

Рис. 3: Резистивное заземление нейтрали [4].

Обычно ограничивают токи однофазных замыканий с помощью низкоомных заземляющих резисторов нейтрали приблизительно до номинального тока трансформатора. Кроме того, ограничение токов короткого замыкания до заранее определенных максимальных значений позволяет выборочно согласовывать защитные устройства, что сводит к минимуму нарушение работы системы и позволяет быстро обнаруживать повреждения.

Сопротивление заземления можно разделить на типы с высоким и низким значением. Сопротивление также классифицируется в зависимости от времени, в течение которого они могут выдерживать ток короткого замыкания. Типичная продолжительность составляет 1 с, 10 с, 1 мин и 10 мин. Резистор с увеличенным номинальным сроком службы используется в системах, где надежность системы критична. В этих ситуациях используется высокое сопротивление, которое может выдерживать повреждение в течение длительного периода. Когда происходит замыкание на землю одной фазы, генерируется аварийный сигнал. Однако система продолжает работать до следующего запланированного выключения.

Ток замыкания на землю, протекающий через резистор любого типа при замыкании одной фазы на землю, увеличивает межфазное напряжение двух оставшихся фаз. В результате характеристики изоляции проводов и разрядника должны быть основаны 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 системах низкого напряжения

.

Высокоомные системы заземления нейтрали

Системы заземления с высоким сопротивлением предназначены для ограничения токов замыкания фазы на землю в распределительных сетях путем использования заземленного резистора между нейтралью трансформатора или нейтралью генератора и землей.При таком типе системного заземления нет необходимости отключать соответствующий автоматический выключатель в случае замыкания фазы на землю. Система выдает сигнал тревоги только тогда, когда неисправный фидер остается в рабочем состоянии, пока неисправность не будет обнаружена и устранена. Эта функция требуется в определенных электрических приложениях, где риски, связанные с прерыванием подачи электроэнергии, выше, чем риск запуска системы с замыканием фазы на землю, ограниченным резистором.

Рис.4: Заземление трансформатора звездой треугольником [4].

Помимо предотвращения отключения фидера за счет ограничения тока короткого замыкания, система заземления с высоким сопротивлением имеет следующие преимущества:
  • Снижение переходных перенапряжений
  • Снижение риска возникновения дугового разряда
  • Выявление неисправности легко выполняется

Недостаток заключается в том, что в случае одиночного замыкания на землю напряжение на двух других исправных фазах имеет тенденцию достигать значения линейного напряжения, в зависимости от соотношения между нулевым и прямым последовательным сопротивлением, наблюдаемым при КЗ. .Это повышение фазного напряжения увеличивает вероятность второго замыкания на землю в другой фазе и другом фидере. В этом случае ток короткого замыкания между фазой и землей будет протекать с величиной, ограниченной:

  • Полное сопротивление земного тракта
  • Возможное возникновение дуги

Резистор заземления нейтрали не может ограничить величину этого повреждения, потому что резистор находится за пределами своей траектории. Неисправность будет развиваться до тех пор, пока не будет окончательно отключена максимальной токовой защитой задействованных фидеров, и риски, связанные с внезапным прерыванием, не будут устранены.Вторая система защиты от замыкания на землю была разработана для предотвращения этой ситуации путем отключения только одного из фидеров, имеющего самый низкий приоритет, в случае второго замыкания фазы на землю, оставляя остальную систему работающей только с одним замыкание фазы на землю ограничивается по величине резистором заземления нейтрали.

Согласование с максимальной токовой защитой автоматических выключателей и уставками приоритета являются важными соображениями. Если второе замыкание фазы на землю в другой фазе происходит в том же фидере, в котором произошло исходное короткое замыкание, вторая система защиты от замыкания на землю не сработает, оставляя ответственность за отключение или отключение фидера на максимальную токовую защиту автоматического выключателя или предохранители. .

Рис. 5: Заземление нейтрали трансформатора зигзагом [4].

Системы заземления нейтрали с низким сопротивлением

Заземление с низким сопротивлением используется в больших электрических сетях среднего и высокого напряжения, где имеется большое количество капитального оборудования, а перебои в работе сети имеют значительный экономический эффект. Эти NER обычно имеют размер, чтобы ограничить ток повреждения до уровня, достаточного для срабатывания защитных устройств, но недостаточного для создания серьезного повреждения в точке повреждения.

Заземление через трансформатор или нейтральный электромагнитный соединитель (NEC)

Если нейтральная точка недоступна, можно создать искусственное заземление с помощью трансформатора.Трансформатор заземления используется для обеспечения пути к незаземленной системе или когда нейтраль системы недоступна по какой-либо причине, например, когда система подключена по схеме треугольника. Он обеспечивает путь к нейтрали с низким импедансом, а также ограничивает переходное перенапряжение при замыкании на землю в системе. Заземление системы может быть выполнено следующим образом:

Трансформатор заземления Delta-Star

В случае трансформатора заземления треугольником-звездой, сторона треугольника замкнута, чтобы обеспечить путь для тока нулевой последовательности.Обмотка звездой должна иметь то же номинальное напряжение, что и цепь, которая должна быть заземлена, тогда как номинальное напряжение треугольника может быть любым стандартным уровнем напряжения.

Рис. 6: Система катушек Петерсена [4].

Трансформатор зигзагообразный

Зигзагообразный трансформатор может использоваться для заземления трансформатора. Он обеспечивает изоляцию между землей и компонентом, так что на компонент системы не могут повлиять токи короткого замыкания. Зигзагообразный трансформатор подавляет гармоники энергосистемы.Он также защищает энергосистему, снижая напряжение, возникающее при возникновении неисправности. Трансформатор зигзагообразный не имеет вторичной обмотки. Это трехполюсный (разветвленный) трансформатор, в котором каждая конечность имеет две одинаковые обмотки. Один набор обмоток соединен звездой для обеспечения нейтральной точки. Другие концы этого набора обмоток подключены ко второму набору обмоток, как показано на рисунке ниже. Направление тока в двух обмотках на каждом плече противоположно друг другу.

При нормальных условиях эксплуатации общий поток в каждом плече пренебрежимо мал. Следовательно, трансформатор потребляет очень небольшой ток намагничивания. В условиях повреждения полное сопротивление заземляющего трансформатора очень низкое.

Чтобы ограничить ток короткого замыкания, резистор подключается последовательно к точке заземления нейтрали. Он рассчитан на кратковременную номинальную мощность в кВА и выдерживает номинальный ток в течение очень короткого времени.

Резонансная заземленная нейтраль

Токи повреждения можно также уменьшить, заземлив нейтраль через индуктивный импеданс.Добавление индуктивного реактивного сопротивления от нейтральной точки системы к земле — это простой метод ограничения доступного замыкания на землю от значения, близкого к максимальной емкости трехфазного короткого замыкания, до относительно низкого значения. Для ограничения реактивной части тока замыкания на землю в энергосистеме можно подключить реактор с нейтралью между нейтралью трансформатора и системой заземления станции.

Рис. 7: Плунжерный тип NERC (траншейный).

Заземление катушки Петерсена

Катушка Петерсона — это регулируемый реактор с железным сердечником, используемый для нейтрализации емкостного тока замыкания на землю в энергосистеме.Когда в незаземленных трехфазных системах происходит замыкание фазы на землю, фазное напряжение неисправной фазы снижается до потенциала земли, поскольку емкость неисправной линии разряжается в месте повреждения, фазное напряжение двух других фаз возрастает в √3 раза. Между этими емкостями между фазой и землей возникает зарядный ток, который будет продолжать протекать через путь короткого замыкания, пока остается.

Современная плавно регулируемая катушка Петерсена состоит из реактора с железным сердечником, подключенного между нейтралью трансформатора подстанции и землей в трехфазной системе.В случае короткого замыкания емкостный ток замыкания на землю (I r + I y ) теперь нейтрализуется током в реакторе (Ir), поскольку он равен по величине, но сдвинут по фазе на 180 °. . Катушки Петерсена регулируются автоматически для компенсации тока замыкания на землю. На рис. 7 показана регулируемая катушка Петерсена плунжерного типа.

Значение индуктивности в катушке Петерсена должно соответствовать значению емкости сети, которая может изменяться, когда и когда выполняется переключение в сети.Современные контроллеры катушек постоянно контролируют напряжение нулевой последовательности и обнаруживают любые возникающие изменения. Когда происходит изменение емкости сети, контроллер автоматически настраивает катушку Петерсена на этот новый уровень, чтобы гарантировать, что она настроена на правильную точку, чтобы немедленно нейтрализовать любое замыкание на землю, которое может произойти. Это быстрое ограничение тока замыкания на землю происходит автоматически без какого-либо дальнейшего вмешательства со стороны системы [2].

Катушка Петерсена также может называться дугогасящей катушкой (ASC).

Рис. 8: Жидкий резистор заземления нейтрали (Powertech).

Технология и дизайн

Жидкие резисторы заземления нейтрали (LNER)

Жидкостный нейтральный резистор заземления представляет собой большой резервуар, содержащий раствор электролита (дистиллированная вода с небольшим количеством электролитического порошка). (Рис.8) Внешний корпус резервуара жестко соединен с точкой заземления. Внутренний электрод, изолированный от бака, обеспечивает соединение с нейтралью трансформатора.При вводе в эксплуатацию в воду добавляется небольшое количество электролита для увеличения проводимости раствора до достижения калиброванного уровня сопротивления. Конечным результатом является жидкость с высокой пропускной способностью по току и высоким сопротивлением в очень прочном и низком техническом обслуживании.

LNER имеет фиксированную конструкцию в отличие от более привычных резисторов или реостатов для жидкого стартера, и поэтому его проще сконструировать и откалибровать. Количество жидкости в баке обеспечивает высокую способность поглощения тепла.Проблемы с LNER включают широкий допуск по значениям сопротивления и необходимость регулярной калибровки.

Рис. 9: Твердотельный заземляющий резистор (Postglover).

Жесткие резисторы заземления

Резисторы заземления с твердой нейтралью состоят из катушек из резистивного материала, намотанных на изоляторы. В резисторе используется не принудительное воздушное охлаждение, и требуется тщательная конструкция, чтобы не допускать превышения температурных пределов. Резистивным материалом обычно является нержавеющая сталь или другой сплав.

Твердотельный заземляющий резистор может включать в себя трансформатор тока для управления устройством защиты. Трансформатор тока должен выдерживать ток короткого замыкания. Однако в случае резистивного заземления ток короткого замыкания значительно снижается, и конструкция ТТ не столь серьезна.

Список литературы

[1] Дж. Пармар: «Типы заземления нейтрали в распределительной сети (часть 1)», Портал электротехники.
[2] HV Power: «Катушки Петерсена — основные принципы и применение», www.hvpower.co.nz
[3] Trench: «Системы защиты от замыканий на землю: катушки для подавления дуги», брошюра Trench, www.trenchgroup.com
[4] Mytech: «Методы электрического заземления», www.mytech-info.com/ 2016/07 / electric-earthing-methods.html
[5] Eqbal: «Обзор системы заземления (незаземленной)», Портал электротехники.

Отправляйте свои комментарии на адрес [email protected]

Статьи по теме

  • Портал ресурсов правительства ЮАР по коронавирусу COVID-19
  • Постановлениями министерства предлагается 13813 МВт нового строительства на ГЭС, без Eskom
  • Настало время для южноафриканской национальной ядерной компании Necsa
  • Разбираясь со слоном в комнате, это Эском…
  • Интервью с министром полезных ископаемых и энергетики Гведе Манташе
  • CEC Метод заземления — журнал IAEI

    Время чтения: 3 минуты

    Само собой разумеется, что правильное заземление жизненно важно для сведения к минимуму риска электрического пожара или взрыва и рисков для личной безопасности.В этой статье рассматриваются некоторые методы заземления, разрешенные Канадскими электротехническими нормами, их преимущества и ограничения, а также рассматривается модель для эффективного заземления.

    Правило

    CEC 10-106 (1) требует, чтобы электрические системы переменного тока были надежно заземлены, если их максимальное напряжение относительно земли ограничено 150 вольт или меньше. Наиболее распространенные напряжения переменного тока в Канаде встречаются в однофазных, трехпроводных электрических системах на 120/240 В и в трехфазных, четырехпроводных электрических системах на 120/208 В. Система с глухим заземлением имеет прочное соединение между нейтралью и землей.

    Некоторые преимущества и ограничения надежно заземленной электрической системы:

    1. Фазовое напряжение относительно земли более эффективно контролируется за счет надежного соединения между нейтралью электрической системы и землей.

    2. Хотя в системе с глухим заземлением могут возникать серьезные замыкания на землю, при правильном применении защиты от перегрузки по току и / или замыкания на землю такие повреждения быстро обнаруживаются и устраняются.

    3. Один из очевидных недостатков: электрическая система должна отключаться при однофазном замыкании на землю.

    Правило 10-500 определяет эффективное заземление следующим образом: «Путь к земле от цепей, оборудования или корпусов проводов должен быть постоянным и непрерывным, иметь достаточную допустимую силу тока, чтобы безопасно проводить любые токи, которые могут быть наложены на него, и должен иметь полное сопротивление. достаточно низким, чтобы ограничить напряжение над землей и облегчить работу устройств максимального тока в цепи ». В Приложении B представлены дополнительные подробности этого определения, предписывая, что полный обратный путь замыкания на землю должен иметь достаточно низкий импеданс, чтобы обеспечить протекание по крайней мере пятикратного номинального тока или уставок максимальной токовой защиты цепи во время замыкания на землю.

    Правило

    CEC 10-106 (2) также разрешает использование незаземленных трехфазных сетей, соединенных треугольником, когда напряжение электрической системы превышает 150 вольт относительно земли. Системы Delta не связаны с землей. Незаземленная система треугольником дает то преимущество, что не требуется отключение при возникновении однофазного замыкания на землю. Должна быть предусмотрена индикация заземления, и неисправности заземления должны устраняться как можно раньше. К сожалению, наземные сигнальные огни часто плохо обслуживаются или игнорируются, что увеличивает риски повреждения оборудования, травм или смертельного исхода.

    Хотя незаземленная трехфазная система треугольником может продолжать работать во время однофазного замыкания на землю, это преимущество несет с собой ряд рисков для безопасности и других рисков.

    1. Неконтролируемые фазные напряжения во время нормальной работы и дуговые напряжения во время замыкания на землю сокращают срок службы изоляции двигателей и другого электрического оборудования.

    2. Междуфазное замыкание происходит, когда вторая фаза замыкается на землю, что приводит к пожару, взрыву, повреждению оборудования, отключению электрической системы и риску для персонала.

    3. История показала, что несоблюдение условий заземления сигнальными огнями или их игнорирование может привести к серьезным последствиям.

    Заземление через сопротивление обеспечивает отличный компромисс между глухозаземленными и незаземленными системами треугольника, обеспечивая некоторые преимущества каждой из них.

    Подключение нейтрали электрической системы к земле через заземляющий резистор дает ряд важных преимуществ.

    1. Правило 10-1102 CEC разрешает электрическим системам до 5 кВ продолжать работу без отключения во время замыкания на землю, когда токи замыкания ограничены до 5 ампер или меньше.

    2. Более низкие уровни замыканий на землю и опасность вспышки сводят к минимуму повреждение оборудования и риски для персонала.

    3. Фазные напряжения контролируются с меньшим риском повреждения изоляции.

    Заземление через сопротивление может быть определено как заземление с низким или высоким сопротивлением. Заземление с низким сопротивлением обычно используется при более высоких напряжениях, при этом токи замыкания на землю не обязательно ограничиваются до 5 ампер. Заземление с низким сопротивлением используется специально для уменьшения повреждений и опасностей при замыкании на землю.CEC требует, чтобы, когда напряжение в системе превышает 5 кВ или допустимый ток замыкания на землю превышает 5 ампер, во время замыкания на землю требовалось отключение.

    Электрическая система с заземлением с высоким сопротивлением может быть определена как система, ограничивающая однофазные токи замыкания на землю до 5 ампер или менее. Правило 10-1102 CEC разрешает электрическим системам до 5 кВ продолжать работу во время однофазного замыкания на землю, когда замыкание на землю ограничено до 5 ампер или меньше. Правило действительно включает требование о визуальной или звуковой сигнализации, четко обозначенной.Само собой разумеется, что замыкания на землю следует устранять как можно скорее после обнаружения, чтобы снизить риски дальнейшего повреждения и риски для персонала

    Правило 10-1102 настоящего CEC 2002 года не разрешает использовать нейтраль систем с заземлением через сопротивление для питания однофазных нагрузок. Когда вступят в силу Электротехнические нормы 2006 года, в это требование будут внесены некоторые изменения.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.