1. Определения
Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или с землей непосредственно.
Замыканием на корпус называется замыкание, возникшее в электрических машинах, аппаратах, приборах, сетях на конструктивные части электроустановки, обычно не находящиеся под напряжением.
https://www.youtube.com/watch?v=pkRcral1-qI
Заземлением называется преднамеренное металлическое соединение с заземляющим устройством частей электроустановок.
Защитным заземлением называется заземление частей электроустановок, обычно не находящихся под напряжением, для защиты людей от поражения электрическим током.
Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения ее работы.
Занулением в электроустановках напряжением до 1000 В называется преднамеренное металлическое соединение частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением при замыкании на корпус, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора — в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника тока — в сетях однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой трехпроводных сетей постоянного тока.
Защитным отключением называется защитная мера, применяемая в сетях напряжением до 1000 В, обеспечивающая автоматическое отключение всех фаз или полюсов аварийного участка сети и безопасное для человека тока и времени срабатывания (имеются в виду токи, протекающие через тело человека, и время с момента прикосновения к поврежденному элементу установки до отключения аварийного участка сети).
Защитным отключением в функции тока называется система защитного отключения, реагирующая на токи утечки через изоляцию установки или тело человека.
Защитным отключением в функции напряжения называется система
защитного отключения, реагирующая на напряжение корпуса электроприемника относительно земли при замыкании на корпус.
Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющие проводники, лежащие в земле и не изолированные от нее, рассматриваются как часть заземлителя.
Естественными заземлителями называются находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного или иного назначения.
Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземленные части установки с заземлителем.
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Нулевым защитным проводником (PE) в электроустановках до 1000 В называется проводник, соединяющий корпус электрооборудования с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора — в сетях переменного тока, или с глухозаземленной средней точкой — в трехпроводных сетях постоянного тока.
Нулевым рабочим проводником (N) в электроустановках до 1000 В называется проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора — в сетях переменного тока, или с глухозаземленной средней точкой — в трехпроводных сетях постоянного тока, используемый для питания электроприемников.
Совмещенным нулевым защитным и нулевым рабочим проводником (PEN) в электроустановках до 1000 В называется проводник, сочетающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.
Защитный проводник — проводник, предназначенный для выполнения защитных функций.
Зоной растекания называется зона, в пределах которой может возникнуть заметный электрический потенциал, вызываемый растекающим током.
Зоной нулевого потенциала называется зона земли за пределами зоны растекания.
Напряжением на заземлителе называется разность потенциалов между ним и зоной нулевого потенциала при стекании с заземлителя тока в землю.
Напряжением относительно земли при замыкании на корпус называется разность потенциалов между этим корпусом и зоной нулевого потенциала.
Сопротивлением растеканию заземлителя называется отношение напряжения на заземлителе к току, стекающему с него в землю.
Сопротивлением заземляющего устройства называется сопротивление, слагающееся из сопротивления растеканию заземлителя и сопротивления сети заземляющих проводников.
Током замыкания на землю называется ток, стекающий в землю через место замыкания.
Напряжением прикосновения называется напряжение, обусловленное током замыкания на землю, между двумя точками при одновременном прикосновении к ним человека.
Напряжением шага называется напряжение, обусловленное током замыкания на землю, между двумя точками земли или пола в зоне растекания при одновременном касании их ногами.
· электроустановки напряжением выше 1000 В с глухозаземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);
· электроустановки напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);
· электроустановки напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью;
· электроустановки напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.
Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно.
Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостной ток в сети, трансформаторы напряжения или другие аппараты, имеющие большое сопротивление.
Рабочей изоляцией называется изоляция токоведущих частей электроустановки, необходимая для нормальной ее работы, а также для защиты от случайного прикосновения к частям, находящимся под напряжением.
Защитной (дополнительной) изоляцией называется независимая изоляция, предусмотренная в дополнение к рабочей.
Двойной изоляцией электроприемника называется совокупность рабочей и защитной (дополнительной) изоляции, при которой доступная прикосновению часть электроприемника не приобретает опасного потенциала при повреждении рабочей или защитной изоляции.
Малым напряжением называется напряжение не более 42 В, принимаемое для электрических установок в необходимых случаях для обеспечения электробезопасности.
· невозможность пробоя с обмотки высшего напряжения без одновременного замыкания на землю в точке пробоя высшего напряжения (заземленный экран между обмотками и т.п.);
· повышенную надежность трансформатора путем применения усиленной изоляции обмоток, меньших удельных нагрузок и т.п.
Устройство и принцип действия сетей с глухозаземлённой нейтралью
Корпус электродвигателя или трансформатора, арматура электрического светильника или трубы электропроводки нормально не находятся под напряжением относительно земли благодаря изоляции от токоведущих частей. Однако в случае повреждения изоляции любая из этих металлических частей может оказаться под напряжением, нередко равным фазному.
Электродвигатель с пробитой на корпус изоляцией часто электрически соединен с машиной, которую он приводит в движение, — например, установлен на станке. Таким образом, рабочий, взявшись за рукоятки управления станком, может нечаянно попасть под напряжение. Чтобы уменьшить опасность поражения людей при повреждениях изоляции токоведущих частей, применяют ряд мер, среди которых наиболее распространено защитное заземление металлических частей электроустановок, обычно не находящихся под напряжением, и их зануление.
Защитное заземление состоит в том, что заземляемые металлические части соединяют электрическим проводником с заземлителем, то есть с металлическим предметом, находящимся в непосредственном соприкосновении с землей или с группой таких предметов. Чаще всего — это стержни из угловой стали, забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой.
Благодаря защитному заземлению напряжение, под которое может попасть человек, прикоснувшись к заземленной части, значительно снижается. Однако неверно распространенное мнение, что это напряжение равно нулю, так как все, что электрически связано с землей, должно иметь потенциал земли, то есть нуль. Дело в том, что землю можно рассматривать как электрический проводник с некоторым сопротивлением электрическому току, с падением напряжения вдоль пути тока, то есть с различным потенциалом точек земли около заземлителя и на большом расстоянии от него, где потенциал действительно можно считать нулевым.
Если представить себе заземлитель полусферы (рис. 1), то ток в земле растекается во все стороны от этого заземлителя в радиальных направлениях. Сечение «земляного проводника» определяется поверхностью полусфер того или иного радиуса и по мере увеличения радиуса возрастает. Соответственно уменьшается сопротивление грунта растеканию тока.
Как показывают опыты, падение напряжения на участке однородного грунта радиусом в 1 м от поверхности заземлителя составляет около 68% от всего напряжения на заземлителе, то есть от напряжения между заземлителем и точками нулевого потенциала, которые располагаются на расстоянии около 20 м от такого заземлителя. Приблизительно так же, как на рис. 1, выглядит эта кривая при другой конструкции сосредоточенного заземлителя.
На расстоянии более 20 м от одиночного сосредоточенного заземлителя падение напряжения в слоях земли от тока, растекающегося с заземлителя, уже практически не обнаруживается. Пространство вокруг заземлителя, где обнаруживается ток растекания, называется полем или зоной растекания. Сопротивление заземлителя относительно земли (то есть относительно точек грунта с нулевым потенциалом) включает в себя, кроме сопротивления растеканию тока в земле, также сопротивление току при прохождении по самим заземлителям и переходное сопротивление в электрическом контакте между металлическим заземлителем и ближайшими к нему слоями грунта.
Рис. 1 Растекание тока в земле от сосредоточенного заземлителя и кривая изменения потенциала на поверхности земли по мере удаления от заземлителя
Напряжение на заземленном корпусе электрооборудования Uк отличается от напряжения заземлителя Uзна величину падения напряжения в заземляющих проводниках, соединяющих корпус с заземлителем. Но можно считать Uз ≈ Uк.
Хотя за пределами поля растекания ток в земле практически не обнаруживается, не следует считать, что в этом месте его нет. Для наличия электрического тока необходим замкнутый контур. Ток с провода, где повреждена изоляция, протекает через заземлитель и землю на провода других фаз в сети с незаземленной нейтралью через активное сопротивление их изоляции и через емкостные сопротивления этих проводов относительно земли.
В сети с заземленной нейтралью ток от места замыкания течет главным образом к этой нейтрали, но не только по пути с наименьшим индуктивным сопротивлением (непосредственно под проводами линии), а и по другим путям, немного напоминающие силовые линии поля. На силу тока, протекающего через защитное заземление, влияет сопротивление всех элементов цепи этого тока, в том числе сопротивление заземлителя нейтрали.
Iз — ток, стекающий с заземлителя;
Rз — сопротивление заземлителя;
α — коэффициент прикосновения (меньше единицы) который показывает, какую часть от напряжения на корпусе составляет напряжение прикосновения.
Величины α и Uпрзависят от расстояния между ногами человека и заземлителем (чем дальше, тем больше) и от крутизны кривой спада потенциала, которая может быть более пологой при сложной конструкции заземлителя (чем положе, тем лучше условия безопасности). К телу человека приложена лишь часть напряжения прикосновения, потому что последовательно с сопротивлением тела включено электрическое сопротивление обуви, пола и сопротивление растеканию тока в земле от ног человека.
Между ступнями человека, идущего в потенциальном поле заземлителя, действует разность потенциалов, называемая шаговым напряжением Uш. Как видно из рисунка, оно тем больше, чем ближе человек к заземлителю и чем шире шаг. При расчетах принимают, что шаг человека равен 0,8 м. Для крупных животных расстояние между передними и задними ногами больше, отчего напряжение шага, действующее на них, выше;
оно опаснее, чем для людей, еще и потому, что вызванный им ток проходит у животных через грудную клетку. Поэтому, например, корова может погибнуть при значительно меньшем напряжении на заземлителе, к которому она приближается (или на большем расстоянии от упавшего на землю провода), хотя для крупных животных значение смертельных токов намного больше, чем для людей.
На рисунке 2 показана сеть без заземленной точки с сопротивлением изоляции проводов относительно земли r1и r2. После пробоя изоляции одного из проводов на металлический корпус, который связан с защитным заземлением, обладающим сопротивлением растеканию тока в земле r3, этот корпус будет иметь относительно участков земли с нулевым потенциалом напряжение, равное падению напряжения на r3от тока через него.
Так как сопротивление изоляции проводов относительно земли значительно больше сопротивления растеканию тока в земле, ток через заземлитель практически не зависит от сопротивления заземлителя. Поэтому с уменьшением сопротивления заземлителя пропорционально уменьшается напряжение прикосновения. Уменьшается и опасность от прикосновения.
Рис. 2. Защитное заземление в однофазной сети без заземленной точки
В установках напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью непосредственное защитное заземление корпусов оборудования нередко могло бы оказаться недостаточно эффективным, потому что заземлений в таких сетях понадобилось бы много и экономически невозможно было бы сооружать их все с очень маленьким сопротивлением заземлителей.
При пробое изоляции сопротивление двух последовательно включенных сопротивлений (заземления нейтрали R0 и защитного заземления корпуса поврежденного токоприемника RЗ) могло быть таким, что ток однофазного замыкания на корпус был бы слишком мал, чтобы вызвать срабатывание плавкого предохранителя, защищающего поврежденный токоприемник.
(в расчете не учтены активное сопротивление земли между зонами растекания тока с заземлителей, равное 0,05 Ом/км, и внешнее индуктивное сопротивление току однофазного короткого замыкания в петле фаза — земля).
Из расчета видно, что в этом случае предохранитель с номинальным током плавкой вставки 35 А и выше не сработает. На заземленном оборудовании длительно может оставаться напряжение, при равенстве сопротивлений заземлителей равное половине фазного, то есть 110 В. Если же защитное заземляющее устройство имеет большее сопротивление, чем заземляющее устройство нейтрали, то напряжение относительно земли на заземленном оборудовании будет во столько же раз превышать напряжение на нулевой точке.
Поэтому в сетях напряжением 380/220 В, где нейтраль обмотки питающего трансформатора или генератора наглухо заземляется, вместо защитного заземления корпусов токоприемников путем непосредственной связи с расположенным поблизости заземлителем применяют особую разновидность заземления, которая по сути дела является самостоятельным защитным мероприятием и называется занулением.
2. Защитные меры
· защитное заземление;
· зануление;
· защитное отключение;
· малые напряжения;
· разделяющие трансформаторы;
· выравнивание потенциалов;
· двойную изоляцию.
Область предпочтительного применения каждого вида защиты в электроустановках напряжением до 1000 В указаны в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Выбор защитных мер
|
Характер помещений и производств |
Режим нейтрали |
Рекомендуемые защитные меры |
||||||||
|
Глухое заземление нейтрали 1 |
Заземление нейтрали через пробивной предохранитель |
Защитное заземление корпуса электрооборудования |
Зануление корпуса электрооборудования 2 |
Защитное отключение в функции тока |
Защитное отключение в функции напряжения |
Малое напряжение |
Разделительные трансформаторы |
Двойная изоляция |
Выравнивание потенциалов |
|
|
Помещения с сухими, изолирующими полами и стенами (жилые и общественные здания) |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
||||
|
Нормальные производственные помещения (помещения с повышенной опасностью); кухни и санузлы жилых помещений и общественных зданий |
— |
— |
— |
|||||||
|
Особо опасные помещения (подземные выработки) |
— |
— |
— |
|||||||
|
Химические производства с мокрым технологическим процессом (гальваника, красильни) |
— |
Если допустимо по технологии |
— |
— |
— |
— |
Если допустимо по технологии |
|||
Примечания.
1. В четырехпроводных сетях переменного тока и трехпроводных сетях постоянного тока обязательно глухое заземление нейтрали или средней точки.
2. В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора переменного тока или с глухозаземленной средней точкой в установках постоянного тока должно быть выполнено зануление заземленных корпусов электрооборудования. Применение в таких установках заземления корпусов электрооборудования без их зануления запрещается.
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:
- три из них фазы;
- одна заземление, соединённое возле трансформатора с заземляющим контуром.
Если потребителю необходимо питание от трёхфазной цепи 380 Вольт, то подключаться необходимо к этим трём 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.
3. Защитное заземление и зануление
В случае обрыва нулевого провода все оборудование за точкой обрыва оказалось бы не только совершенно лишенным защиты, но и поставленным даже в более плохие условия, чем при полном ее отсутствии, потому что при повреждении изоляции любого аппарата или электродвигателя, присоединенному к нулевому проводу за точкой обрыва, появилось бы напряжение, часто равное фазному, и на его корпусе, и на всех других зануленных корпусах.
Повторные заземления нулевого провода полезны и при целом нулевом проводе, так как они снижают напряжение на корпусе поврежденного оборудования до момента срабатывания предохранителя или в случае, если он все же не сработает из-за неправильного выбора плавкой вставки или при недостаточно большой силе тока короткого замыкания, когда замыкание на корпус произошло через большое переходное сопротивление остатков изоляции.
R0 — сопротивление заземления нейтрали;
RП — сопротивление повторного заземлителя. При
R0 = RП;
UK = 0,5UK.0.
При двух или большем количестве повторных заземлений на данной линии напряжение на корпусе снижается еще больше.
В установках до 1000 В с заземленной нейтралью запрещается применять защитное заземление корпуса без металлической связи с нулевой точкой источника. Но если заземлители данного корпуса и нулевой точки металлически связаны между собой, можно не иметь специального зануляющего проводника.
Запрещается применять землю в качестве рабочего нулевого провода в установках напряжением 380/220 В или 220/127 В (с заземленной нейтралью) и в качестве фазного провода в установках напряжением до 1000 В с незаземленной нейтралью.
Если в жилой комнате или общественном помещении есть радиаторы центрального отопления или проходят металлические водогазопроводные трубы, опасно пользоваться вблизи них настольной лампой с металлическим незануленным корпусом или утюгом и другими переносными электроприборами без зануления, так как возможность одновременного соприкосновения с корпусами электрооборудования и заземленными трубопроводами создает повышенную опасность поражения электротоком.
В установках напряжением 36 В (42 В) и ниже переменного тока или 110 В и ниже постоянного тока заземление или зануление не применяют вообще ни в каких помещениях или наружных установках, кроме взрывоопасных; не применяют их и для электросварки, где независимо от напряжения полагается заземлять зажим вторичной обмотки трансформатора, к которому присоединяется обратный провод от свариваемой детали.
Для быстрого и надежного срабатывания защиты максимального тока кратность тока замыкания на корпус по отношению к току уставки защиты должна быть как можно больше.
ПУЭ требует (пункт 1.7.79): чтобы ток однофазного замыкания на корпус
· превосходил — не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя;
· не менее чем в 3 раза ток уставки расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику;
· не менее чем в 1,1 Кр раза ток мгновенного срабатывания автомата, имеющего только расцепитель без выдержки времени, где Кр — коэффициент, учитывающий разброс токов срабатывания (по заводским данным). При отсутствии заводских данных о величине разброса кратность тока короткого замыкания относительно величины уставки следует принимать 1,4
для автоматов до 100 А и 1,25 для автоматов с номинальным током более 100 А.
Во взрывоопасных установках (ПУЭ, пункт 7.3.139) указанные выше кратности тока однофазного замыкания на корпус должны быть повышены до 4 в цепи, защищенной плавким предохранителем; до 6 в цепи, защищенной автоматическим выключателем с обратно зависимой от тока характеристикой. В цепях, защищенных автоматическим выключателем, имеющим только электромагнитный (мгновенный) расцепитель, кратность тока однофазного замыкания на корпус определяется как для невзрывоопасных установок.
· отдельные (в том числе нулевые) жилы многожильных проводов и кабелей;
· специально проложенные проводники;
· элементы металлических конструкций зданий, стальные трубы электропроводок, металлические конструкции производственного назначения, трубопроводы всех назначений (кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей) проложенные открыто;
· алюминиевые оболочки кабелей.
Заземляющие и нулевые защитные проводники должны быть защищены от коррозии. Места соединения стыков после сварки должны быть окрашены. В сухих помещениях для этого следует применять асфальтовый лак, масляные краски или нитроэмали. В сырых помещениях и помещениях с едкими парами окраска должна быть выполнена красками, стойкими в отношении химических воздействий (например поливинилхлоридными эмалями).
Запрещается использовать металлические оболочки трубчатых проводов, несущие тросы при тросовой электропроводке, металлические оболочки изоляционных трубок, металлорукава, броню и свинцовую оболочку проводов и кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников.
При использовании алюминиевых оболочек кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников присоединение их к корпусам электрооборудования, к соединительным или концевым кабельным муфтам должно выполняться гибкими медными перемычками сечением не менее приведенных в табл. 3.
Таблица 3. Сечение гибких медных перемычек
|
Сечение жил кабеля, мм2 |
Сечение перемычек, мм2 |
|
До 10 |
6 |
|
16—35 |
10 |
|
50—120 |
16 |
|
150 и выше |
25 |
В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью нулевые защитные проводники с целью уменьшения индуктивного сопротивления цепи фаза-нуль следует прокладывать совместно с фазными или в непосредственной близости к ним.
Ответвления от магистрали к электроприемникам до 1 кВ допускается прокладывать скрыто непосредственно в стене, под чистым полом и т.п. с защитой их от воздействия агрессивных сред. Такие ответвления не должны иметь соединений.
Прокладка заземляющих и нулевых защитных проводников через стены должна выполняться в открытых проемах, в неметаллических трубах или иных жестких обрамлениях.
В помещениях сухих, без агрессивной среды, заземляющие и нулевые защитные проводники допускается прокладывать непосредственно по стенам. Во влажных, сырых и особо сырых помещениях и в помещениях с агрессивной средой заземление и нулевые защитные проводники следует прокладывать на расстоянии от стен не менее чем 10 мм.
Использование неизолированных алюминиевых проводников для прокладки в земле в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников запрещается. Каждая часть электроустановки, подлежащая заземлению или занулению, должна быть присоединена к сети заземления или зануления при помощи отдельного ответвления. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки не допускается.
Заземлители надлежит соединять с магистралями заземления не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не относится к повторному заземлению нулевого провода и металлических оболочек кабелей.
Соединение частей заземлителя между собой, а также заземлителя с заземляющими проводниками следует выполнять сваркой; при этом длина нахлеста должна быть равна ширине проводника при прямоугольном сечении и шести диаметрам при круглом сечении. При Т-образном соединении внахлестку двух полос длина нахлестки определяется шириной полосы.
Использование специально проложенных заземляющих или нулевых защитных проводников для каких-либо целей не допускается.
Открыто проложенные заземляющие и нулевые защитные проводники должны иметь отличительную окраску: желтые полосы по зеленому фону. При использовании строительных или технологических конструкций в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников на перемычках между ними, а также в местах присоединений и ответвлений проводников должны быть нанесены две полосы желтого цвета по зеленому фону на расстоянии 150 мм одна от другой.
Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников к частям оборудования, подлежащим заземлению или занулению, должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением. Присоединение должно быть доступно для осмотра.
Для болтового соединения следует предусматривать меры против ослабления контактного соединения (контрогайки, разрезные пружинные шайбы и т.п.) и коррозии (смазка тонким слоем вазелина зачищенных до металлического блеска контактных поверхностей и т.п.).
Сопротивление нулевых защитных проводников оказывает решающее влияние на общее сопротивление цепи зануления и, следовательно, на величину тока замыкания на корпус. Из перечисленных выше нулевых защитных проводников аналитическому расчету поддается только сопротивление жил проводов и кабелей.
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 однофазной цепи 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.
Описанная выше схема заземления носит обозначение TN-C. Проводник, соединяющий глухозаземленную нейтраль с потребителями, носит название совмещенного, так как служит и для передачи тока нагрузки, так и для связи корпусов электрооборудования с контуром заземления. Носит он сокращенное обозначение PEN.
На этой универсальности и вырисовывается главный недостаток такой системы. При прохождении нулевого тока нагрузки на протяжении PEN-проводника образуется разность потенциалов. Особенно это сказывается при несимметричной нагрузке фаз. Итог: потенциал на корпусах электрооборудования может отличаться от потенциала земли.
В электроустановках, особенно старых, теоретически возможны обрывы PEN-проводника. При этом на нем относительно земли может оказаться потенциал фазного напряжения. Этот режим представляет угрозу жизни людей.
Возникают технические сложности и с заземлением корпусов бытовых электроприборов, подключенных к системе TN-C.
Для устранения этих недостатков применяется система TN-S. В ней функции защиты и коммутации рабочего тока разделены между двумя нулевыми проводниками. Рабочий ток проводит нулевой рабочий проводник – N, а нулевой защитный PE служит для соединения корпусов с контуром заземления.
Разделение PEN на N и РЕ происходит непосредственно на подстанции, где заземлена нейтраль. Но при модернизации и реконструкции электроустановок это можно сделать в любом распределительном устройстве. При этом вся схема в целом имеет название TN-C-S. В месте разделения требуется наличие контура повторного заземления.
Сети с изолированной нейтралью по ПУЭ обозначаются IT. Она не имеет проводников для связи с контуром заземления питающей подстанции. У потребителя устраивается свой контур заземления.
Существует система ТТ, также имеющая глухозаземленную нейтраль. В отличие от систем TN она имеет только нулевой рабочий проводник. Нулевой защитный к потребителю приходит от собственного заземляющего устройства.
Производство, преобразование, транспортировка, распределение и потребление электрической энергии осуществляется по симметричной трехфазной системе проводов. Симметричность системы достигается равенством фазных и линейных напряжений, равномерной загрузкой всех фаз по току, одинаковым сдвигом фаз напряжений и токов.
Однако, в процессе эксплуатации неизбежны нарушения симметрии трехфазной системы, которые могут быть вызваны: обрывом провода, пробоем изоляции, перекрытием на посторонние предметы, непереключением фаз коммутационных аппаратов и пр.
В любом случае, несимметрия ведет к появлению токов обратной и нулевой последовательности, а также апериодической составляющей токов, которые могут быть опасны для сохранности оборудования. Поэтому несимметрия должна быть устранена как можно быстрее. На быстродействие релейной защиты при неполнофазных режимах значительное влияние имеет режим работы нейтрали сети.
Различают несколько режимов работы нейтрали: изолированная
, глухозаземленная
и эффективно заземленная
. У каждого режима есть свои достоинства и недостатки. В сетях напряжением до 35 кВ включительно применяют изолированную нейтраль . Это означает, что средняя точка обмоток ВН трансформатора не соединена с землей.
Однофазное замыкание при такой системе электроснабжения на землю, не приводит к аварийному отключению поврежденной линии, так как ток замыкания на землю довольно незначителен, его величина обусловлена только емкостью двух неповрежденных фаз относительно земли. Ток однофазного замыкания на землю, в сетях до 35 кВ не способен поддерживать горение дуги.
При металлическом замыкании одной фазы («полная земля»), напряжение на двух других возрастает до линейного, но электроснабжение потребителей сохраняется по двум оставшимся фазам. Для сохранности трансформаторов при таких режимах работы, изоляцию его нейтрали выполняют на класс напряжения соответствующий изоляции линейных вводов.
При значительных емкостных токах линий до 35 кВ, применяют дугогасящие катушки, подключаемые к нейтрали трансформаторов. Гашение дуги обеспечивается индуктивностью катушки, которая компенсирует емкостный ток замыкания на землю.
Системой электроснабжения с эффективно заземленной нейтралью
считается сеть, в которой заземлена часть нейтральных обмоток силовых трансформаторов. Однофазное короткое замыкание, в таких сетях, приводит к отключению поврежденного участка.
Ток короткого замыкания проходит от места повреждения до ближайших заземленных нейтралей трансформаторов по земле, распределяясь в соответствии с сопротивлением петли фаза – ноль. К трансформаторам, нейтрали которого не заземлены, ток короткого замыкания (в дальнейшем — КЗ) не протекает.
Учитывая тот факт, что на все виды повреждений в электрических сетях, 80 % повреждений приходится на однофазные КЗ, и тот факт, что близкие однофазные КЗ. имеют значительные величины токов, их влияние стараются ограничить.
Для этого часть нейтралей в сети оставляют незаземленной, увеличивая тем самым сопротивление петли замыкания и, ограничивая однофазные токи КЗ. Общий баланс заземленных и незаземленных нейтралей рассчитывается исходя из условий селективной работы устройств РЗА и ограничения токов КЗ.
Кроме того, важным условием при выборе точек заземления, является условие ограничения перенапряжения на нейтральных обмотках при несимметричных повреждениях. На силовом оборудовании класс изоляции нейтралей как правило, принимают на один класс напряжения ниже номинального напряжения обмоток ВН. Такая практика позволяет сэкономить на изоляции и габаритах оборудования, что дает высокий экономический эффект.
Однако с другой стороны, сниженный уровень изоляции нейтрали ведет к необходимости применения оборудования, которое бы ограничивало перенапряжения и токи в нулевом выводе. В качестве защиты от кратковременных перенапряжений могут применяться ограничители перенапряжений, для ограничения токов применяются токоограничивающие реакторы и конденсаторы.
В режиме глухого заземления работают сети с бытовым потребителем. При таком режиме работы нейтрали средняя точка обмоток НН трансформатора присоединяется к заземляющему контуру. В распределительных щитках жилых домов, корпус щитков также присоединяется к заземляющему контуру.
Так, в каждую квартиру или дом “заходит” два провода: фазный и нулевой – обеспечивая тем самым потребителя напряжением 220 В. При повреждении изоляции фазного провода, и прикосновении его к заземленным конструкциям, происходит немедленное отключение поврежденного участка сети. Бетонные стены и полы в многоквартирных домах, также имеют потенциал земли.
Ток КЗ имеет достаточные значения для срабатывания защитной коммутационной аппаратуры. В последнее время, для повышения уровня электробезопасности, помимо рабочего нуля, в жилые помещения заводят и проводник защитное заземление, которое подключается к корпусам электроприборов. Провод защитного заземления в щитке также присоединяется к заземленным конструкциям.
Следует отметить, что автотрансформаторы любого класса напряжения всегда работают с глухозаземленной нейтралью. Изоляция обмоток СН автотрансформатора выполнена, исходя из значения типовой мощности, которая меньше номинальной, а значит и уровень изоляции сниженный. В этом, собственно говоря, и состоит экономическая выгодность автотрансформатора перед трансформатором.
При неполнофазных коммутациях автотрансформаторов, в электромагнитной системе возникают опасные перенапряжения, которые могут быть ограничены глухим заземлением нулевого вывода.
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.
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 и одновременном обрыве нулевого провода, который является и защитным. И это очень важный момент — зануление является опасной мерой защиты, поэтому оно запрещено и 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!
