Домой Проводка Изолированная и глухозаземленная нейтраль

Изолированная и глухозаземленная нейтраль

291
0

Виды заземляющих устройств

Заземлители подразделяются на два вида: искусственные и естественные. Первый вид заземляющих конструкций предусматривает использование различных металлических предметов. Ими могут быть уголки, стержни и трубы, имеющие в длину не менее двух с половиной метров и зарытые (вкопанные) в землю. Между собой они соединяются полосами стали или отрезками металлической проволоки – катанки – большого диаметра (не менее 8–10 мм) методом сварки. Заземляющими проводниками могут являться как металлические и медные шины, так и медные проволочные жгуты, соединяемые с частями электрооборудования или сваркой, или болтовым соединением.

126d3c4d4d8592614bfcf801113db736.jpg

Второй вид заземляющих конструкций предусматривает использование в качестве заземлителя конструкций зданий, выполненных из металла и надежно соединенных с землей. Все железобетонные конструкции должны иметь металлические закладные для присоединения заземляющих проводников. В этом случае заземляющие проводники ничем не отличаются от проводников, применяющихся и в искусственных заземлителях.

Еще одним видом заземляющего устройства является зануление. Такой вид защитного заземления заключается в соединении изолированных от тока частей электроустановок с глухозаземленной нейтралью через нулевой провод. Зануление обеспечивает возникновение КЗ при любом замыкании фазы на корпус устройства и позволяет более эффективно сработать защитной отключающей аппаратуре.

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.

04b536499273c3106d29e1b0cfde7cf3.jpg

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.

85e3426215d2afc0426475f1b5fee0b9.jpgДвижение 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.

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.

Система TN и ее подсистемы

d6ba229a9deb5cfa8209b0061cfae295.jpg

Системы с глухозаземленной нейтралью, в которых металлические части электроустановки подключены к нейтрали с помощью нулевых заземляющих проводников, относятся к группе TN. В свою очередь, эта группа имеет подгруппы, формирующиеся способом использования нулевого рабочего и защитного проводников. Так, если эти проводники совмещены в одном проводе по всей длине сети, подсистема обозначается TN-C. Это старая советская система. Если же защитный и рабочий нулевой провод совмещены только на участке цепи, начинающемся от источника питания (трансформаторной подстанции), то это уже подсистема TN-C-S. Ну а в случае, когда нулевой рабочий и защитный провод разнесены по отдельным проводам на всем протяжении сети, эта подсистема обозначается TN-S. Она считается более предпочтительной для полной безопасности электроустановки.

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!

Материалы по теме:

  • Разделение PEN-проводника на PE и N
  • Чем опасен обрыв нуля в трехфазной сети

Нравится(0)Не нравится(0)

Требования ПУЭ

Сегодня в электротехнике достаточно активно используются оба способа — глухозаземленная и изолированная нейтраль. Различия между ними в первую очередь заключаются в способе подключения трансформатора к заземляющему элементу. Вся необходимая информация по выбору способа защиты изложена в ПУЭ.

Если говорить о бытовой сети на 220 вольт, то место заземления можно расположить около трансформатора, и для решения поставленной задачи применяется отдельный проводник. Это позволит уменьшить путь прохождения тока и одновременно сократить расходы. В загородном доме допускается соединение с металлическим каркасом строения, расположенным в глубине земли.

Если же заземляющим элементом является фундамент, то к его арматуре необходимо выполнить подключение минимум в двух точках.

Что лучше в глухозаземленной нейтрали

Поскольку молния ударяет в землю, очевидно, что ее можно эффективно использовать в качестве эквивалента провода. Что и делается в источнике и потребителе электроэнергии. В них точка нулевого потенциала соединяется с заземляющим устройством, которое именуется рабочим заземлением. Для возможности контроля силы тока в глухозаземленной нейтрали между точкой нулевого потенциала и заземляющим устройством присоединяется трансформатор тока.

  • При замере сопротивления рабочего заземляющего устройства в электрических цепях 220–380 В, его величина должна быть не более 4 Ом.

Короткое замыкание на землю в электрической цепи с глухозаземленной нейтралью носит явный характер и сопровождается током большой силы. При возникновении электрической дуги выделяется много энергии, которая разрушительно действует вблизи места замыкания. По этой причине защита должна максимально быстро отключить источник питания от места повреждения. Для снятия потенциала с корпусов электрооборудования при коротком замыкании на землю их соединяют с защитным заземлением.

  • Преимуществом глухозаземленной нейтрали является явный характер короткого замыкания на землю и возможность точной настройки на него устройств защиты.

В электрических сетях до 1000 В источниками электропитания являются вторичные обмотки трансформаторов. Для наиболее эффективного соединения точек нулевого потенциала источника питания и нагрузки применяются дополнительные проводники PEN, PE и N, соединенные так, как показано далее на изображении:

3c2071621f158af9532f08349b82130b.jpg
Соединение защитных проводников при глухозаземленной нейтрали

В составе этих проводников применение каких-либо иных элементов недопустимо. Если связь между источником питания до 1000 В с нагрузкой выполнена в виде ЛЭП, глухозаземленная нейтраль выполнена четвертым проводом, который через каждые двести метров соединяется с рабочим заземлением. Внутри помещений большой протяженности используются аналогичные расстояния между местами с рабочими заземлениями глухозаземленной нейтрали. Соединяемые с ней корпуса электрооборудования надежно защищают персонал от удара электрическим током.

Похожие статьи:

  • Защитные проводники (РЕ-проводники)
  • Что такое заземление и зануление и какая между ними разница?

Меры предосторожности

Задача и особенности заземления трансформаторов.

Теперь разберём, для чего выполняется заземление нейтрали трансформатора, и физику работы такой электрической сети.

В теоретической физике потенциал нулевого проводника по отношению к земле не должен превышать нулевого значения. Повторное заземление у принимающего устройства потребителя помогает добиться этого значения с ещё более высокой степенью вероятности, особенно, если до ТП есть достаточное расстояние.

Поражение током возможно в следующих ситуациях:

  1. Повреждение изоляции токоведущих частей, выход из строя электрооборудования. Образуется шаговое напряжение – на плоскости пола появляется потенциал, небезопасный для идущего человека;
  2. Повреждение изоляции электрооборудования. В этом случае на корпусе может оказаться опасное для здоровья напряжение;
  3. Повреждение защитной изоляции кабелей. Здесь напряжение появляется на металлических полках, с лежащими кабельными линиями;
  4. Нарушение технологии производства работ, приведшее к прикосновению к токоведущим частям, находящимся под фазным напряжением.

К включенному в сеть проводу, лежащему на влажном полу, подходить не рекомендуется. В этой ситуации появляется потенциал, опасный для человека. При попытке сделать шаг ноги оказываются под действием различных величин потенциала. Удар током обеспечен. Для избегания подобного развития событий перед заливкой бетона укладывается металлический каркас, соединённый с контуром заземления минимум в 2-х точках. За счёт этого при возникновении на полу потенциала ноги идущего человека будут зашунтированы, поражения электрическим током удастся избежать.

Для недопущения появления напряжения на нетоковедущих частях электрической системы ПУЭ обязывает заземлить абсолютно все металлические детали, находящиеся в распредустройствах трансформаторных подстанций и потребителя, а также корпуса электроприборов. В промышленных цехах, где присутствует электрическое оборудование (станки, производственные линии), по периметру пускается стальная полоса для присоединения всех без исключения металлсодержащих частей. Таким образом, выравниваются потенциалы земли и металлических частей, расположенных в помещении.

При возникновении пробоя на заземлённый корпус электрический ток пойдёт по пути наименьшего сопротивления, т.е. по заземляющим проводникам до контура заземления, а не через обладающее большим сопротивлением человеческое тело, даже при не сработавшей защите.

Меры предосторожности при работе в сети с глухозаземленной нейтралью

По этой причине ток через контур заземления направится в сторону нейтрали силового трансформатора. Это приводит к короткому замыканию с большой величиной электрического тока. На превышение заданного параметра должен будет среагировать защитный коммутационный аппарат: плавкая вставка или автоматический выключатель. За счёт этого повреждённый участок цепи будет выведен из работы. Таким образом, организуется быстрая локализация аварийного режима.

Разновидности систем TN

Как делятся электроустановки по условиям электробезопасности

Существует несколько видов таких систем:

  • TN-C. К нулевому проводнику, соединенному с нейтралью, подключаются все металлические детали и корпуса электроприборов. Носит название совмещённого. Общепринятое обозначение – PEN. Старая схема, была широко распространена в Советском Союзе. Небезопасна. Для рядовых потребителей в настоящее время не используется, т.к. заземление корпусов бытовых электрических приборов сложно выполнимо. Имеет серьёзный недостаток: при обрыве PEN-проводника на занулённых электроприборах появляется небезопасный потенциал;

Важно! Зануление – это электрическое соединение незаземленных корпусов, в нормальном состоянии не под напряжением, и нулевым проводом трансформатора. .

Разновидности схем TN

Разновидности схем TN

  • TN-S. Безопасность при возникновении аварийного режима существенно увеличивается. Здесь функции рабочего и защитного проводника разделяются по всей длине, вплоть до распределительного устройства потребителя. Однако требуется использование пятипроводного кабеля, что несколько удорожает стоимость прокладки кабельной линии;
  • TN-C-S. Самая часто встречающаяся в современной электротехнике система заземления. PEN-проводник подвергается разделению на N и РЕ непосредственно в ГРЩ потребителя. При повреждении PEN-проводника до точки раздела на металлоконструкциях так же, как и в случае с системой TN-C, может появиться напряжение. Чтобы этого не произошло, делаются повторные заземления PEN-проводника по всей длине кабельной линии;
  • ТТ. Предусматривает создание у потребителя индивидуального заземляющего устройства. Встречается редко.

Данный режим работы заземленной нейтрали защищает от поражения электрическим током. При аварии потенциал выравнивается, поэтому прикосновение к металлическим конструкциям перестает быть опасным.

Режимы работы нейтралей

Нейтраль электрооборудования представляет собой общую точку обмотки генератора или трансформатора, которая соединена звездой. Оттого, как связана нейтраль с землей, зависит уровень изоляции электрооборудования.

Кроме того, такая связь определяет выбор коммутационных устройств, значение перенапряжения и методы их устранений, величину токов при замыкании на землю одной фазы и т. д. От того, в каком режиме находится нейтраль, известны схемы четырех типов:

  • с изолированными нейтралями;
  • с резонансно-заземленными устройствами;
  • с эффективно-заземленным оборудованием;
  • с глухозаземленными нейтралями.

В настоящее время первые два вида используются в электрических сетях с напряжением от 3 до 35 кВ. Эффективное заземление чаще всего встречается в электроснабжении с напряжением выше 1 кВ и коэффициентом замыкания не более 1,4. Этот показатель означает разность между потенциалами фазы и земли в нормальном состоянии и при повреждении фазы.

Группа с глухозаземленной нейтралью относится к сетям с напряжением до 1 кВ.

Вариант для сравнения изолированная нейтраль

Самый понятный способ соединения точек нулевого потенциала источника и потребителя электроэнергии – это проводник, присоединенный к ним. При отсутствии точки соединения с заземляющим устройством этот провод получается гальванически не связанным с землей. Таким образом, выходит так называемая изолированная нейтраль. Этот проводник способен пропустить самые большие токи, которые только могут появиться в электросети, и остановить это может лишь его перегорание от нагревания.

Изолированная нейтраль не связана гальванически с заземлением провода, и кабели, передающие электроэнергию на большие расстояния, фактически являются обкладками конденсаторов. По этой причине на землю все равно происходит утечка в виде емкостного тока. А если произойдет авария, в результате которой одна из фаз, по сути, заземлится (короткое замыкание на землю), величина емкостного тока получится максимальной.

bba62a0c8b5b3b7b2a8f886da867bcf1.jpg
Эквивалентные схемы электрических цепей с изолированной нейтралью

Не будем вдаваться в детали этого, поскольку наша задача – это подробности относительно глухозаземленной нейтрали. Для справки упомянем то, что для ограничения емкостных токов ПУЭ предписывает использование дросселей (иначе реакторов) с теми или иными значениями токов и напряжений. Токи при замыкании на землю в электросети с изолированной нейтралью сравнительно невелики. Они не наносят какого-либо значительного ущерба, и по этой причине снижается требование к быстродействию защиты, а значит, и расходы на нее получаются меньше.

Однако эта простота ситуации с коротким замыканием на землю дает много, так сказать, побочных эффектов. Вот они:

  • появляются множественные перенапряжения в области замыкания на землю, сопровождающиеся маломощной, но разрушительной дугой;
  • их воздействие на изоляцию вызывает как минимум уменьшение ресурса изоляции большого числа электрических проводников и оборудования;
  • скрытность процесса замыкания на землю затрудняет его обнаружение, что делает довольно-таки продолжительным его разрушительный эффект;
  • емкостные токи опасны для людей, которые находятся вблизи места замыкания;
  • защиту сложно настроить на правильное распознавание ситуации.

Перечисленные недостатки обуславливают более широкое распространение глухозаземленной нейтрали.

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.

8888c47373c64ce3454181b080db50ef.jpg

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.

Зачем заземлять нейтраль

Подключение общей точки выходных обмоток силовых трансформаторов с физической землей осуществляется с тремя целями:

  1. Для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электроустановки, и их самих.
  2. Для поддержания качества подаваемой электроэнергии в пределах отраслевых норм.
  3. Получения напряжения бытового номинала 220 вольт.

Обеспечение безопасности людей

7ab73425c6d05098177517d2ac3d8383.jpgВ нашей стране все электрические сети напряжением 0,4 кВ делаются четырехпроводными и с глухозаземленной нейтралью, причем дублирование соединения нейтрального проводника (он тянется от общей точки соединения трех обмоток трансформатора силовой подстанции) с физической землей, осуществляется на каждой третьей опоре. Это делается с той целью, чтобы сопротивление заземления всегда было не более единиц Ом.

При надежном соединении нейтрали с землей случайное прикосновение к одной фазе не приведет к поражению электрическим током человека, если на нем обувь с подошвой, имеющей диэлектрические свойства. По той причине, что общее сопротивление линии рука – нога равно не менее 1 кОм, а это в десятки раз больше, чем у проводника, соединяющегося с заземлителем. Ток через человека просто не пойдет.

Если нейтральный проводник заземлен, то однофазное замыкание на физическую землю сопровождается лавинообразным ростом силы тока, что сопровождается возникновением электрической дуги и выделением большого количества тепла, в результате чего аварийный проводник плавится и его контакт с землей прекращается.

3b3880b29c0c1ac193805b2caee05991.jpg

Чтобы ускорить процесс отключения, в линии устанавливаются автоматические электромагнитные выключатели, которые обесточивают ее при возникновении сверхтоков (КЗ). Это снижает время действия электрического тока на людей или электроустановки. Что дает шанс на то, что первые останутся живы и относительно невредимы, а вторые – работоспособными.

Поддержание качества подаваемой электроэнергии

В общем для трех обмоток трансформатора проводнике сила тока равна нулю и нет напряжения электрического поля. Это является результатом сложения трех векторов сил тока, угол (фазный сдвиг) между которыми равен 1200. Но так происходит только в том случае, если все три фазы симметричны друг другу по электрическим параметрам. В реальности они могут отличаться, что приведет к тому, что в нейтрали возникнет ток, а потребителю будет подано, например, не 380, а 320 или 450 вольт. Заземление нейтрали в трехфазной сети принудительно выравнивает фазы, благодаря тому, что паразитный ток стекает на землю.

Это особенно актуально в том случае, если электроэнергия подается для питания однофазных потребителей. Оно осуществляется прокладыванием трехфазной линии с общей нейтралью (четыре провода) и подключением групп потребителей к разным фазам. Поскольку уровень энергопотребления в квартирах существенно отличается – в одной, например, включен только телевизор, а в другой еще и стиральная машина, перекос фаз может достигать критического уровня.

d7ba4c1655e481edd5e25b1e3bbe8c5d.jpg

Если соединение с заземлителем недостаточно надежно и имеет большое сопротивление, нейтральный провод, который обычно делают меньшего сечения, чем фазный, может отгореть. Это приводит к тому, что у кого-то напряжение на вводах будет почти 380 вольт, а у других около 110. Оба режима опасны для бытовых приборов и могут привести к электротравме людей или животных.

Бытовой номинал напряжения

Бытовое напряжение 220 вольт снимается между фазной линией и нейтралью, от линейного (между фазами) оно отличается в 1,7 раза. Для обеспечения стабильности его значения нейтраль заземляется.

Требования к сетям, согласно нормативу

Правилами эксплуатации электроустановок потребителями предъявляются требования к заземляющему устройству, сопротивление которого не должно превышать 0,5 Ом в схеме, где применена эффективно заземленная нейтраль.  При этом должно учитываться значение искусственного заземляющего устройства, сопротивление которого не должно превышать значения 1 Ом. Что справедливо для сетей с потенциалом выше 1000 В и током короткого замыкания на землю более 500 А.

3244fe21e033766ac105785db89544a6.jpg

Эти требования к заземляющему устройству предъявляются при возникновении КЗ фазы на землю, что является однофазным замыканием в схеме, где присутствует заземленная нейтраль, чтобы немедленно и эффективно произошло отключение.

К сложным аварийным ситуациям относятся замыкания двух или трех фаз на землю. Однако, в этом случае напряжение на неповрежденных фазах и токи замыкания будут существенно ниже, чем при однофазном.

Поэтому при расчетах принимают большие значения, а напряжение и токи двух и трехфазных замыканий не используются.

86f5672a23938f4bc1975f4eb7515945.jpg

Такое подключение эффективно при аварии и служит для понижения потенциала между не отказавшей фазой и землей в сетях, где применяется заземленная нейтраль, что позволяет не допустить превышение шагового напряжения.  А также не ограничивает вынос потенциала за пределы подстанции и уменьшает риск поражения электрическим током обслуживающего персонала.

Большая часть замыканий после снятия напряжения исчезает, а автоматика (АПВ) включает подачу электропитания в ЛЭП. Для уменьшения токов в аварийной ситуации заземляют не все трансформаторы, а только часть.  Так, при смонтированных на подстанции двух силовых трансформаторов подключают только один. Такая система называется электросетью с эффективно заземленной нейтралью.

Схемы подключения заземленной нейтрали

Существует несколько схем глухозаземленной нейтрали.

  • TN-C. Самая простая и наиболее распространенная в сельской местности схема. Четырехпроводная воздушная линия – три фазных и одна нейтраль, которая заземляется сначала у трансформатора, а потом на промежуточных столбах. Используется для питания одно- и трехфазных потребителей.
  • ТТ. Улучшенный вариант глухозаземленной нейтрали TN-C. Отличается от нее независимым заземляющим контуром, устраиваемым в здании или рядом с ним. К нему присоединяются корпуса бытовых электроприборов. Используется при подключении вновь построенных частных домов к четырехпроводным воздушным линиям электроснабжения.
  • TN-S. Применяется при прокладке подземных электролиний в пределах жилых кондоминиумов. Пять жил. Три токоведущих, одна нейтраль «звезды» (технологический 0) и защитный заземляющий проводник PE. Последние две соединены с заземлителем силовой подстанции. Применяется для подачи электричества группам однофазных потребителей.
  • TN-C-S. Используется при индивидуальном питании однофазных потребителей от подъездного распределительного щитка. Три линии – фазная, технологический ноль N и защитный проводник PE. Место подключения провода PE – к нейтрали подстанции или к независимому заземляющему контуру – не имеет значения.

Подробнее с системами заземления можно ознакомиться .

Принцип работы глухозаземленной нейтрали

a834a4269a4adb4ebb8745a9bb5781ce.jpgСначала необходимо понять, что является определением понятия глухозаземленная нейтраль. Согласно ПУЭ этот способ предполагает прямое соединение нейтрали трансформатора с заземляющим элементом. В электротехнике такой способ заземления принято называть рабочим. Также необходимо помнить, что в электроустановках, рассчитанных на напряжение 220−380 вольт, сопротивление заземляющих элементов не должно превышать показатель в 4 Ом.

Принцип действия глухозаземленной нейтрали можно продемонстрировать на примере трехпроводной электроцепи, соединяющей источник энергии с жилым домом. При ее создании нейтраль просто распределяется по щитку, и к ней подключаются все заземляющие контуры потребителей. Такая цепь не предполагает наличия различных устройств, которые могут нарушить ее единство.

Если предположить, что по причине частых вибраций в холодильнике от места крепления отсоединился фазный проводник и вступил в контакт с корпусом, то такая ситуация является аварийной. Все это приводит к появлению короткого замыкания и стремительному увеличению силы тока. Однако автоматический выключатель быстро справляется с поставленной задачей и размыкает цепь. Если человек случайно дотронется до провода, то поражения током не произойдет, ведь сопротивление R0 будет меньше в сравнении с возникающим при прохождении через человеческое тело.

Плюсы и минусы способа

Глухозаземленная нейтраль имеет больше преимуществ и меньше недостатков в сравнении с изолированной. Среди преимуществ можно отметить:

  • Появляется возможность использовать оборудование с таким уровнем изоляции, который был изначально запланирован.
  • Отпадает необходимость в использовании специальных защитных схем.
  • Эффективно справляется с подавлением перенапряжения.

Однако это неидеальный способ и ему присущи некоторые недостатки. Начать стоит с того, что риски получения повреждений от удара электротоком сохраняются, хотя их и можно считать незначительными. Кроме этого, из-за большого замыкания тока на землю могут появиться помехи и даже повреждения сети.

Защита людей от поражения током в сети с глухозаземленной нейтралью

Теперь переходим к непосредственному объяснению того, зачем делается заземление нейтрали трансформатора и как это работает.

Теоретически для любой точки электросети потенциал нулевого проводника относительно земли равен нулю. Контур повторного заземления у потребителя делает это равенство еще более прочным, особенно, если до питающей подстанции далеко.

Поражение людей электрическим током возможно при случаях:

  1. Нарушения изоляции внутри электрооборудования, когда его корпус оказывается под напряжением;
  2. Нарушения изоляции проводов и кабелей, когда под напряжением окажутся металлоконструкции, по которым они проложены;
  3. Нарушения изоляции токоведущих частей или поломки электрооборудования, когда на поверхности земли или пола образуются зоны потенциалов, опасных для проходящих мимо людей (шаговое напряжение);
  4. Ошибки при ремонте и эксплуатации, приводящие к непосредственному прикосновению к узлам электрооборудования, находящимся под фазным напряжением.

Для исключения ситуаций, описанных пунктами 1 и 2, все корпуса электроприборов и металлоконструкции соединяются с контуром заземления. На предприятиях для этого по периметру помещений с электрооборудованием прокладывается стальная полоса, к которой присоединяются все металлические части. Так их потенциал насильственно приравнивается к потенциалу земли.

При возникновении замыкания фазных проводников на заземленный таким образом корпус, даже при отказе срабатывания защиты, ток замыкания пойдет по заземляющим проводникам к контуру заземления. Сопротивление относительно земли тела человека, который прикоснется к аварийному корпусу, намного больше, чем сопротивление между землей и корпусом. Поэтому через тело человека не пойдет ток, превышающий опасные значения.

Второй принцип защиты – быстрое отключение аварийного режима. Ведь ток пойдет не просто к контуру, он пойдет по направлению к нейтрали трансформатора. Организуется короткое замыкание, ток которого имеет большое значение. На него успешно среагирует защитная аппаратура: предохранитель или автоматический выключатель. Авария будет ликвидирована почти мгновенно, поврежденный участок отключится.

Теперь перейдем к пункту 3 и защите от напряжения шага. К лежащему на мокром бетонном полу оголенному проводу подходить опасно. Опасный для жизни потенциал расходится от него волнами, как круги на воде. Если ноги окажутся на участках пола с разными потенциалами, можно также получить удар электротоком.

Если в помещении такая ситуация возможна, внутри пола устраивается система выравнивания потенциалов: замуровывается металлическая сетка. Сетка в нескольких местах соединяется с контуром заземления. Таким образом, ноги прохожего оказываются зашунтированы металлическими прутьями решетки, большая часть тока пойдет мимо него.

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. .

Что является определением изолированной нейтрали

В правилах эксплуатации электроустановок (ПЭУ)существует определение, что собой представляет схема с изолированной нейтралью. Рассмотрим, чем называют IT схемой. Это система, в которой нулевой провод генератора или трансформатора не подключается к заземлителю. Он может быть подключен к контуру заземления путем соединения приборов сигнализации, средств измерения, защиты или аналогичных приборов к нулю.  Все эти устройства должны обладать большим сопротивлением.

1f4119063270e4790b783a73b24a354b.jpg

Систему с изолированной нейтралью можно представить трехфазной сетью, обмотка трансформатора, в которой соединена треугольником, но может быть и звездой. А от линии отходят резисторы, подключенные к заземлению и параллельно сопротивлению стоят конденсаторы. Через которые в кабельной или воздушной линии протекают токи утечки, их можно представить двумя составляющими. Одна из которых активная, а вторая реактивная.

Так как сопротивление не поврежденной изоляции имеет величину около мегаома. При таком сопротивлении ток утечки очень маленький и рассчитывается по закону Ома. I=U/R, а при величине сопротивления 0,5 Мом и напряжении 220 В, составляет 0,44 Ма.  Реактивную составляющую представляют в виде конденсатора. Одной обкладкой служит провод линии, а второй земля.

Когда имеется исправная трехфазная сети с изолированной нейтралью нагрузка между фазами распределяется равномерно. При возникновении пробоя одной фазы на землю, т. е. возникают однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

В этом случае возникает аварийный ток однофазного замыкания. Чаще всего замыкание происходит на корпус электрического потребителя. В качестве последнего могут выступать электродвигатели или металлические конструкции.

Если они не заземлены, то на корпусе прибора возникает фазное напряжение или близкое к нему. Прикосновение человека к корпусу будет равносильно прикосновению к фазе. Что смертельно опасно.
Когда возникает однофазное КЗ в сети с изолированной нейтралью, ток замыкания небольшой, его значение составляет миллиамперы. При таких токах невозможно установить защитные устройства.

Поэтому для обеспечения отключения используются приборы, которые автоматически контролируют состояние изоляции. Такие системы устанавливают, когда необходима защита от замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.

Низкоомное заземление нейтрали

Уменьшение сопротивления резистора необходимо в случае, если требуется обеспечить быстродействующее отключение присоединения с ОЗЗ релейной защитой.

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты. 8fc1b4799e9572e20935584b9358975a.jpg

Сеть с глухозаземленной нейтралью

Рядовые потребители электрической энергии редко понимают, что источником тока в розетке являются силовые трансформаторы. При соединении трёхфазных обмоток трансформатора в «звезду» появляется совместная точка. Нейтраль – так она называется. При соединении нейтрали с контуром заземления непосредственно у источника появляется глухозаземленная нейтраль.

Наибольшая область применения систем с глухозаземленной нейтралью – напряжение до 1000 Вольт (так называемое низкое напряжение). Электрические сети городов и посёлков, дачные домики и элитные коттеджи – все они запитываются от силовых трансформаторов с заземлѐнной нейтралью.

Особенности конструктива

Конструктивной особенностью глухозаземленной нейтрали является наличие фазного и линейного напряжения. Источники электрической энергии, используемые в рассматриваемых электроустановках, обладают тремя силовыми: фазными концами и одним нейтральным – нулевым. Разность потенциалов, появляющаяся между фазными проводами, называется линейным напряжением, а между одним из фазных и нулевым – фазным.

По величине показателя линейного напряжения говорят о напряжении всей электросети. В нашей стране оно зафиксировано на значениях, равных 220В, 380В и 660В.

√3 раз – такова разница между фазным и линейным напряжением. Соответственно, фазное напряжение будет принимать вид 127 В, 220 В и 380 В. Самое распространённая величина номинального напряжения – 380 В. При линейном напряжении 380 В фазное равно 220 В.

Электрическую сеть с нейтралью, заземлённой непосредственно рядом с источником, можно использовать для электроснабжения трехфазных нагрузок на напряжение 380 В и однофазных на напряжение 220 В. Для последних подключение производится между «фазой» и «нулём». Распределение однофазных потребителей производят равномерно по фазам А, В и С во избежание перекоса.

Контур заземления ТП

Любая трансформаторная подстанция с действующим трансформатором обязана быть окружена контуром заземления. Контур заземления трансформаторной подстанции – это таким образом соединённые между собой металлические заземлители, заглублённые в грунт, чтобы сопротивление их не превышало 4-х Ом при номинальном напряжении 380 В. Это значение закреплено в главном нормативном документе электротехники – ПУЭ.

От контура заземления подстанции делаются выводы для присоединения в распределительном устройстве к специальной металлической полосе – нулевой шине. К ней же подключается нулевой вывод трансформатора. У отходящих кабельных линий соответствующие жилы так же заводятся на эту шину. Фазные жилы «сажаются» на коммутационные аппараты.

Кабели, выходящие из кабельного полуэтажа подстанции, должны быть четырёхжильными. В давно введённых в эксплуатацию электроустановках встречаются кабели с тремя жилами и оболочкой из алюминия. В этом случае она используется как нулевой проводник.

Для принятия напряжения от сетевой организации каждый потребитель обязан организовать у себя на объекте вводное распределительное устройство 0,4 кВ (ВРУ). В нем необходимо предусмотреть нулевую шину соответствующего сечения. К ней присоединяются все нулевые жилы подходящих и отходящих кабелей. Повторное заземление ВРУ тоже заводится на нулевую шину.

Оборудование и средства для измерения сопротивления заземления

Основным прибором, которым производятся измерения сопротивления растекающимся токам, является измеритель заземления ИС-10. Данный прибор работает в пяти диапазонах измерения, что объясняет его широкое применение. Минимальным диапазоном является сопротивление от 0,01 до 9,99 Ом, затем следуют диапазоны 0,1–99,9 Ома, 1–999 Ом, 0,01–9,99 кОма. Максимальное сопротивление, определяемое этим прибором, составляет диапазон от 1 до 999 мОм. В сочетании с прибором для измерений используются выносные токовые и потенциальные электроды.

Следует отметить, что измерительная схема заземления собирается по строгим правилам – соединительные проводники прибора, в первую очередь, к токовым и потенциальным электродам, затем к прибору и в последнюю – к заземлителю.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here