Назначение нулевого провода в сети с глухозаземленной нейтралью: Глухозаземленная нейтраль: принцип действия, устройство, схемы

Разное

Содержание

Глухозаземленная нейтраль: принцип действия, устройство, схемы

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»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.

Сеть с глухозаземленной нейтральюРис. 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-SПример 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 напряжениемРазница 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:

UF1= UF2=UF3;

UL1=UL2=UL3.

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 корпусДвижение 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.

Электроустановка с изолированной нейтральюРис. 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 ТТСхема 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-ССхема 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-SСхема 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-SСхема 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.

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 мм2 – медный провод.
  • 16 мм2 – алюминиевый проводник.
  • 75 мм2 – 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.

Похожие темы:

Что такое глухозаземленная нейтраль — определение простым языком

Что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и область применения. Классификация сетей с глухозаземленной нейтралью трансформатора.

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.

Содержание:

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!

Материалы по теме:

  • Разделение PEN-проводника на PE и N
  • Чем опасен обрыв нуля в трехфазной сети
  • Как выбрать УЗО по мощности и току утечки

Опубликовано: 05.12.2017 Обновлено: 20.11.2019 нет комментариев

Глухозаземленная нейтраль — принцип работы, преимущества и недостатки

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.

Глухозаземленная нейтраль - схемаГлухозаземленная нейтраль - схемаСхема глухозаземленной нейтрали

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

к содержанию ↑

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»Плакат по электробезопасности «Установки с глухозаземленной нейтралью»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.

к содержанию ↑

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 нейтралью3-фазная сеть с глухозаземленной нейтралью3-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.

к содержанию ↑

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.

Схема истемы TN-C и системы TN-C-SСхема истемы TN-C и системы TN-C-S

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 — принцип работы, преимущества и недостатки

О глухозаземленной нейтрали: определение изолированного глухого заземления

В настоящее время на территории Российской Федерации сетевыми организациями эксплуатируются электрические сети среднего и низкого напряжения со следующими режимами работы нейтрали:

  • Глухозаземленная нейтраль;
  • Изолированная нейтраль;
  • Резистивная нейтраль (перспективное направление).

 

Примеры схем сетей с глухозаземленной, изолированной и резистивной нейтралью

Примеры схем сетей с глухозаземленной, изолированной и резистивной нейтралью

Примеры схем сетей с глухозаземленной, изолированной и резистивной нейтралью

Примеры схем сетей с глухозаземленной, изолированной и резистивной нейтралью

Дополнительная информация. При определении способа заземления нейтрали в распределительных сетях высокого напряжения обычно применяют метод, называющийся эффективно заземленная нейтраль.

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

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.

Меры предосторожности

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

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

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.

Видео

Свойства сетей с глухо заземленной нейтралью и с эффективно заземленной нейтралью





⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

С глухозаземленной нейтралью работают электрические сети напряжением 220 кВ и выше Сети напряжением 110 кВ работают с эффективно зазем­ленной нейтралью.

Рассмотрим свойства таких сетей.

В сетях напряжением 220 кВ и выше заземляют нейтрали всех трансформаторов (рисунок 7.4). Разъединители в цепи нейтралей трансформаторов класса 220 кВ и выше не устанавливаются

 

Рисунок 7.4 – Сеть с глухо заземлёнными нейтралями

 

В нормальном режиме работы заземление нейтрали на работу сети не влияет. Влияние режима заземления нейтрали проявляется только при замыканиях на землю.

Рассмотрим однофазное короткое замыкание на землю в точке К. Заземленная нейтраль, линия и место замыкания на землю образуют замкнутый контур через землю. При заземлении нейтралей двух трансформаторов, как это показано на рисунке 7,4, будет два замкнутых контура через землю, в которых протекают токи КЗ Iк1 и Iк2. В месте КЗ токи всех контуров суммируются и через место замыкания протекает суммарный ток КЗ. Величина тока КЗ определяется величиной эквивалентного сопротивления схемы замещения относительно точки КЗ. При этом суммарный ток в месте однофазного КЗ в комплексной форме определяется по выражению:

(7.1)

где Z1Σ, Z0Σ, — эквивалентные (суммарные) сопротивления, прямой и нулевой последовательности; UФ – фазное напряжение.

Ток при трехфазном коротком замыкании.

. (7.2)

 

Эквивалентные сопротивления прямой и нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше могут быть соизмеримы по величине. При этом токи однофазного короткого замыкания могут быть близки по величине к токам трехфазного короткого замыкания. Поэтому сети 110 кВ и выше называют сетями с большими токами замыкания на землю. Большие токи при КЗ на землю – это главное свойство сетей с глухо заземленными и эффективно заземленными нейтралями.

Это и преимущество, и недостаток таких сетей. Преимущество: при большом токе короткого замыкания можно сравнительно просто выявить поврежденную линию, сравнительно просто определить место КЗ и быстро отключить (изолировать) поврежденный элемент.



Недостаток: при большом токе короткого замыкания усложняется работа оборудования. Повышаются требования к термической и динамической стойкости.

Сети 110 кВ и сети напряжением 220 кВ и выше имеют одно важное отличие: воздушные линии напряжением 220 кВ и выше выполняются без ответвлений и не имеют промежуточных отборов мощности. Воздушные линии 110 кВ, в отличие от линий напряжением 220 кВ и выше, имеют многочисленные ответвления к подстанциям промышленных предприятий. При этом от ВЛ-110 кВ через ответвительные подстанции (ПС-3 на рисунке 7.5) получают питание потребители, территориально удаленные от узловых подстанций энергосистемы (ПС-1 и ПС-2 на рисунке 7.5). К одной ВЛ-110 кВ может быть подключено до пяти ответвительных подстанций.

Рисунок 7.5 – Сеть с эффективно заземленной нейтралью

 

При этом число трансформаторов в сети 110 кВ может быть в несколько раз больше, чем в сетях напряжением 220 кВ и выше. Если в сети 110 кВ нейтрали всех трансформаторов заземлить, то при однофазном КЗ на землю будет несколько контуров для токов КЗ. Это приведет к резкому снижению эквивалентного сопротивления нулевой последовательности Z0Σ. Если сопротивление нулевой последовательности снизится до сопротивления прямой последовательности и будет выполнено равенство Z1Σ = Z0Σ, то, в соответствии с (7.1) и (7.2), ток однофазного короткого замыкания будет равен току трехфазного короткого замыкания. Если сопротивление нулевой последовательности станет меньше сопротивления прямой последовательности Z0Σ <Z1Σ, то ток однофазного короткого замыкания в соответствии с (7.1) и (7.2) станет больше тока трехфазного короткого замыкания: Это опасно для термической и динамической стойкости сети и этого стараются не допускать. Для того, чтобы ток однофазного короткого замыкания не превышал тока трехфазного короткого замыкания, у части трансформаторов (Т3 и Т4 на рисунке 7.5) нейтрали разземляют. При этом уменьшается число параллельных контуров и увеличивается эквивалентное сопротивление Z0Σ. Для возможности разземления нейтрали в цепи нейтралей устанавливаются разъединители QS. Сети, в которых часть нейтралей изолированы от земли, а часть заземлены, называют сети с эффективно заземленной нейтралью (это допускается только в сетях 110 кВ).




Разземляют, обычно, нейтрали на ответвительных подстанциях, то есть на ГПП. Принимать решение о разземлении нейтрали на той или иной ГПП могут только диспетчеры районной энергосистемы. Число трансформаторов, нейтрали которых следует разземлить, определяется расчетом.

На рисунке 7.5 приведены векторные диаграммы напряжений в точке однофазного КЗ.

Рисунок 7.6 – Векторные диаграммы напряжений в точке КЗ

 

На рисунке 7.5, а показаны векторы фазных напряжений UА, UВ и UС по отношению к нейтрали трансформатора N. В нормальном режиме потенциал нейтрали по отношению к земле равен нулю. При КЗ на землю фаза А через землю от точки З земли (рисунок 7.4) к нейтрали трансформатора потечет ток КЗ Iк, который отстает от напряжения фазы на угол φ. От тока КЗ в сопротивлении земли между точкой в земле Зв месте замыкания и заземленной нейтралью N появится падение напряжения UЗN. При этом фазные напряжения UВЗ и UСЗ неповрежденных фаз В и С по отношению к земле будут отличаться от фазных напряжений по отношению к нейтрали: UВЗ не равно UВ и UСЗ не равно UС.

Отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей при ЗНЗ к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыканияназывается коэффициентом замыкания (ПУЭ п.1.2.4). Для электрической сети с эффективно заземленной нейтралью коэффициент замыкания на землю не должен превышать 1,4 (kз ≤ 1,4). Число трансформаторов с разземленной нейтралью выбирается так, чтобы выполнялось условие:

 

. (7.2)

 

Если разъединитель в нейтрали отключен, то при однофазном КЗ на изолированной от земли нейтрали может появиться фазное напряжение. В нормальном режиме напряжение на нейтрали трансформатора по отношению к земле равно нулю. Поэтому для удешевления трансформатора изоляция нейтралей трансформаторов класса 110 кВ выполняется обычно ослабленной. Фазное напряжение на нейтрали п отношению к земле для ослабленной изоляции нейтрали является опасным и может вызвать ее пробой. Схемы защиты нейтрали трансформаторов от перенапряжений приведены на рисунке 7.7. В качестве защитных средств FV применяются разрядники (рисунок 7.7, а) или ограничители перенапряжений (рисунок 7.7, б). Для возможности заземления нейтрали (при необходимости) параллельно разряднику устанавливаются разъединитель QS. Номинальное напряжение разрядника выбирается на класс ниже номинального напряжения сети. Например, если сеть напряжением 110 кВ, то разрядник устанавливают на 55 кВ. Для этого включают последовательно два разрядника на 20 и 35 кВ.

Рисунок 7.7 – Схемы защиты нейтрали трансформатора

 

 











принцип работы, схема, применение, как сделать самому, Ремонт и Строительство

Глухозаземленная нейтраль лежит в основе 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 низковольтного напряжения. Нейтраль, в свою очередь, 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 напржение — 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 потребителю двух систем электроснабжения с разными номиналами и разными количеством фаз, 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:

  • 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.

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.

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 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!

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях

Типы заземления нейтрали в распределительных сетях:

Введение:

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

Важность заземления нейтрали:

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

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

Метод заземления нейтрали:

  • Существует пять методов заземления нейтрали.
  1. Незаземленная нейтральная система
  2. Система с твердым заземлением нейтрали.
  3. Система резистивного заземления нейтрали. Резонансная система заземления нейтрали.
    1. Заземление с низким сопротивлением.
    2. Заземление с высоким сопротивлением.
  4. Система резонансного заземления.
  5. Заземление Заземление трансформатора.

(1) Незаземленные нейтральные системы:

  • В незаземленной системе нет внутренней связи между проводниками и землей.Однако в системе существует емкостная связь между проводниками системы и соседними заземленными поверхностями. Следовательно, «незаземленная система» в действительности является «емкостной заземленной системой» в силу распределенной емкости.
  • В нормальных рабочих условиях эта распределенная емкость не вызывает проблем. Фактически, это выгодно, потому что фактически устанавливает нейтральную точку для системы; В результате фазные проводники подвергаются напряжению только между фазой и нейтралью над землей.
  • Но проблемы могут возникнуть в условиях замыкания на землю. Замыкание на землю в одной линии приводит к появлению полного линейного напряжения во всей системе. Таким образом, на всей изоляции системы присутствует напряжение в 1,73 раза превышающее нормальное. Эта ситуация часто может вызывать отказы старых двигателей и трансформаторов из-за пробоя изоляции.
  1. После первого замыкания на землю, если предположить, что оно остается единичным, цепь может продолжать работу, позволяя продолжить производство до тех пор, пока не будет запланировано удобное отключение для обслуживания.
  1. Взаимодействие между неисправной системой и ее распределенной емкостью может вызвать переходные перенапряжения (в несколько раз нормальные), возникающие при переходе от линии к земле во время нормального переключения цепи, имеющей короткое замыкание на землю (короткое замыкание). Эти перенапряжения могут вызвать нарушения изоляции в точках, отличных от первоначального повреждения.
  2. Вторая ошибка на другой фазе может произойти до того, как первая ошибка будет устранена. Это может привести к очень высоким токам замыкания между фазами, повреждению оборудования и разрыву обеих цепей.
  3. Стоимость повреждения оборудования.
  4. Complicate для поиска неисправностей, включая утомительный процесс проб и ошибок: сначала изолировать правильный фидер, затем ответвление и, наконец, неисправное оборудование. Результат — излишне длительные и дорогостоящие простои.

(2) Системы с глухозаземленной нейтралью:

  • Системы с глухим заземлением обычно используются в системах с низким напряжением 600 В или меньше.
  • В системе с глухим заземлением нейтраль соединена с землей.
  • Solidly Neutral Grounding немного снижает проблему переходных перенапряжений, обнаруживаемых в незаземленной системе, а предусмотренный путь для тока замыкания на землю находится в диапазоне от 25 до 100% от тока трехфазного замыкания системы. Однако, если реактивное сопротивление генератора или трансформатора слишком велико, проблема переходных перенапряжений не будет решена.
  • Хотя системы с глухим заземлением являются усовершенствованием по сравнению с незаземленными системами и ускоряют обнаружение неисправностей, им не хватает способности ограничения тока резистивного заземления и дополнительной защиты, которую оно обеспечивает.
  • Для поддержания работоспособности и безопасности системы нейтраль трансформатора заземлена, и заземляющий провод должен проходить от источника до самой дальней точки системы в пределах той же кабелепровода или кабелепровода. Его цель состоит в том, чтобы поддерживать очень низкий импеданс к замыканиям на землю, чтобы протекать относительно высокий ток короткого замыкания, таким образом гарантируя, что автоматические выключатели или предохранители быстро устранят повреждение и, следовательно, минимизируют повреждения. Это также значительно снижает опасность поражения персонала электрическим током.
  • Если система не имеет прочного заземления, нейтральная точка системы будет «плавать» по отношению к земле в зависимости от нагрузки, подвергая нагрузки между фазой и нейтралью несимметрии напряжения и нестабильность.
  • Ток однофазного замыкания на землю в системе с глухим заземлением может превышать ток трехфазного замыкания. Величина тока зависит от места повреждения и сопротивления замыкания. Один из способов уменьшить ток замыкания на землю — оставить нейтраль трансформатора незаземленной.
  • Преимущество:
  1. Основным преимуществом систем с глухим заземлением является низкое перенапряжение, что делает конструкцию заземления обычной при высоких уровнях напряжения (ВН).
  1. Эта система включает в себя все недостатки и опасности высокого тока замыкания на землю: максимальное повреждение и помехи.
  2. Нет непрерывности обслуживания неисправного фидера.
  3. Опасность для персонала во время неисправности высока, поскольку создаваемое напряжение прикосновения велико.
  1. Распределенный нейтральный провод.
  2. 3 фазы + нейтраль.
  3. Использование нейтрального проводника в качестве защитного проводника с систематическим заземлением на каждом полюсе передачи.
  4. Используется при низкой мощности короткого замыкания источника.

(3) Системы с заземлением через сопротивление:

  • Резистивное заземление уже много лет используется в трехфазных промышленных системах и решает многие проблемы, связанные с глухозаземленными и незаземленными системами.
  • Система резистивного заземления ограничивает токи междуфазных замыканий на землю. Причины ограничения тока замыкания между фазой и землей посредством заземления сопротивления:
  1. Для уменьшения эффектов горения и плавления в неисправном электрическом оборудовании, таком как распределительное устройство, трансформаторы, кабели и вращающиеся машины.
  2. Для снижения механических напряжений в цепях / оборудовании, несущем токи повреждения.
  3. Для снижения опасности поражения персонала электрическим током из-за случайного замыкания на землю.
  4. Для уменьшения опасности возникновения дуги или вспышки.
  5. Для уменьшения кратковременного провала сетевого напряжения.
  6. Для одновременного контроля переходных перенапряжений.
  7. Для улучшения обнаружения замыкания на землю в энергосистеме.
  • Заземляющие резисторы обычно подключаются между землей и нейтралью трансформаторов, генераторов и заземляющих трансформаторов , чтобы ограничить максимальный ток короткого замыкания в соответствии с законом Омов до значения, которое не повредит оборудование в энергосистеме и обеспечит достаточный поток ток короткого замыкания для обнаружения и срабатывания реле защиты от земли для устранения замыкания.Хотя можно ограничить токи короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с высоким сопротивлением, токи короткого замыкания на землю можно значительно снизить. В результате этого устройства защиты могут не распознавать неисправность.
  • Таким образом, это наиболее распространенное приложение для ограничения однофазных токов короткого замыкания с помощью резисторов заземления нейтрали с низким сопротивлением приблизительно до номинального тока трансформатора и / или генератора.
  • Кроме того, ограничение токов короткого замыкания до заранее определенных максимальных значений позволяет проектировщику выборочно координировать работу защитных устройств, что сводит к минимуму сбои в системе и позволяет быстро локализовать место замыкания.
  • Существует две категории резистивного заземления:

(1) Заземление с низким сопротивлением.

(2) Заземление с высоким сопротивлением.

  • Ток замыкания на землю, протекающий через резистор любого типа при замыкании одной фазы на землю, увеличивает межфазное напряжение двух оставшихся фаз. В результате номинальные характеристики изоляции проводов и ограничителя перенапряжения должны основываться на межфазном напряжении . Это временное увеличение напряжения между фазой и землей также следует учитывать при выборе двух- и трехполюсных выключателей, установленных в заземленных через сопротивление низковольтных системах.
  • Повышение напряжения между фазой и землей, связанное с токами замыкания на землю, также препятствует подключению нагрузок между фазой и нейтралью непосредственно к системе. Если присутствуют нагрузки между фазой и нейтралью (например, освещение 277 В), они должны обслуживаться системой с глухим заземлением. Это может быть достигнуто с помощью изолирующего трансформатора, который имеет трехфазную первичную обмотку треугольником и трехфазную четырехпроводную вторичную обмотку звезды
  • Ни одна из этих систем заземления (с низким или высоким сопротивлением) не снижает опасность возникновения дугового разряда, связанного с межфазными замыканиями, но обе системы значительно снижают или практически исключают опасность возникновения дугового разряда, связанного с замыканиями на землю.Оба типа систем заземления ограничивают механические нагрузки и уменьшают тепловые повреждения электрического оборудования, цепей и аппаратов, по которым проходит ток короткого замыкания.
  • Разница между заземлением с низким сопротивлением и заземлением с высоким сопротивлением — это вопрос восприятия и, следовательно, не имеет четкого определения. Вообще говоря, заземление с высоким сопротивлением относится к системе, в которой сквозной ток NGR составляет менее 50-100 А. Заземление с низким сопротивлением означает, что ток NGR будет выше 100 А.
  • Лучшее различие между двумя уровнями — только тревога и отключение. Система только для сигнализации продолжает работать с единичным замыканием на землю в системе в течение неопределенного времени. В системе отключения замыкание на землю автоматически устраняется с помощью защитных реле и устройств отключения цепи. Системы только сигнализации обычно ограничивают ток NGR до 10 А или меньше.
  • Рейтинг резистора заземления нейтрали:
  1. 1. Напряжение: линейное напряжение системы, к которой он подключен.
  2. 2. Начальный ток: начальный ток, который будет протекать через резистор при приложенном номинальном напряжении.
  3. 3. Время: «Время включения», в течение которого резистор может работать без превышения допустимого повышения температуры.

(A). Низкое сопротивление заземлено:

  • Заземление с низким сопротивлением используется для больших электрических систем, где требуются большие инвестиции в капитальное оборудование или длительный отказ оборудования имеет значительные экономические последствия, и он обычно не используется в системах низкого напряжения, поскольку ограниченный ток замыкания на землю слишком велик. низкий для надежной работы автоматических расцепителей или предохранителей.Это затрудняет достижение избирательности системы. Более того, системы с заземлением с низким сопротивлением не подходят для 4-проводных нагрузок и, следовательно, не используются на коммерческих рынках.
  • Резистор подключается от нейтральной точки системы к земле и обычно рассчитан на пропускание только 200A до 1200 ампер тока замыкания на землю. Должен протекать достаточный ток, чтобы защитные устройства могли обнаружить неисправную цепь и отключить ее, но не настолько большой, чтобы вызвать серьезное повреждение в точке повреждения.
  • Поскольку полное сопротивление заземления представляет собой сопротивление, любые переходные перенапряжения быстро гасятся, и все явления переходных перенапряжений больше не применяются. Хотя теоретически возможно применение в системах низкого напряжения (например, 480 В), значительная часть системного напряжения падает на заземляющем резисторе, но на дуге недостаточно напряжения, вынуждающего протекать ток, для надежного обнаружения неисправности. По этой причине низкоомное заземление не используется для низковольтных систем (ниже 1000 вольт между фазами).
  • Преимущества:
  1. Ограничивает межфазные токи до 200-400 А.
  2. Снижает ток дуги и, в некоторой степени, ограничивает опасность возникновения дуги, связанную только с условиями дугового тока между фазой и землей.
  3. Может ограничить механическое повреждение и термическое повреждение закороченных обмоток трансформатора и вращающегося оборудования.
  1. Не препятствует работе устройств перегрузки по току.
  2. Не требует системы обнаружения замыкания на землю.
  3. Может использоваться в системах среднего и высокого напряжения.
  4. Изоляция проводов и разрядники для защиты от перенапряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через разделительный трансформатор.
  • Используется: До 400 ампер в течение 10 секунд обычно используются в системах среднего напряжения.

(B) .Заземление с высоким сопротивлением:

  • Заземление с высоким сопротивлением почти идентично заземлению с низким сопротивлением, за исключением того, что величина тока замыкания на землю обычно ограничивается 10 ампер или менее .Заземление с высоким сопротивлением выполняет две задачи.
  • Во-первых, величина тока замыкания на землю достаточно мала, например, , чтобы в точке повреждения не было нанесено заметных повреждений. Это означает, что неисправная цепь не должна отключаться в автономном режиме при первом возникновении неисправности. Означает, что если неисправность действительно возникает, мы не знаем, где она находится. В этом отношении он работает как незаземленная система.
  • Во-вторых, он может контролировать явление переходного перенапряжения , которое присутствует в незаземленных системах, если оно спроектировано должным образом.
  • В условиях замыкания на землю сопротивление должно преобладать над зарядной емкостью системы, но не до такой степени, чтобы пропускать чрезмерный ток и тем самым исключать непрерывную работу
  • Системы заземления с высоким сопротивлением (HRG) ограничивают ток короткого замыкания, когда одна фаза системы замыкается или замыкается на землю, но на более низком уровне, чем системы с низким сопротивлением.
  • В случае замыкания на землю, HRG обычно ограничивает ток до 5-10А.
  • HRG рассчитаны на длительный ток, поэтому описание конкретного устройства не включает временной рейтинг. В отличие от NGR, ток замыкания на землю, протекающий через HRG, обычно не имеет значительной величины, чтобы привести к срабатыванию устройства защиты от сверхтока. Поскольку ток замыкания на землю не прерывается, необходимо установить систему обнаружения замыкания на землю.
  • Эти системы включают байпасный контактор, подключенный к части резистора, которая пульсирует (периодически размыкается и замыкается).Когда контактор разомкнут, ток замыкания на землю протекает через весь резистор. Когда контактор замкнут, часть резистора обходится, что приводит к немного меньшему сопротивлению и немного большему току замыкания на землю.
  • Чтобы избежать переходных перенапряжений, резистор HRG должен иметь такой размер, чтобы величина тока замыкания на землю , которую устройство допускает, превышала ток зарядки электрической системы. Как показывает практика, зарядный ток оценивается в 1 А на 2000 кВА емкости системы для низковольтных систем и 2 А на 2000 кВА емкости системы при 4.16кВ.
  • Эти расчетные токи заряда увеличиваются при наличии ограничителей перенапряжения. Каждый набор ограничителей, установленных в системе низкого напряжения, дает примерно 0,5 А дополнительного зарядного тока, а каждый набор ограничителей, установленных в системе 4,16 кВ, добавляет 1,5 А дополнительного зарядного тока.
  • Система с мощностью 3000 кВА при 480 вольт будет иметь расчетный ток зарядки 1,5 А. Добавьте один комплект ограничителей перенапряжения, и общий ток зарядки увеличится на 0.От 5А до 2,0А. В этой системе можно использовать стандартный резистор на 5 А. Большинство производителей резисторов публикуют подробные оценочные таблицы, которые можно использовать для более точной оценки зарядного тока электрической системы.
  • Преимущества:
  1. Позволяет обнаруживать повреждения с высоким сопротивлением в системах со слабым емкостным подключением к земле
  2. Некоторые КЗ между фазой и землей устраняются автоматически.
  3. Можно выбрать сопротивление нейтральной точки, чтобы ограничить возможные переходные перенапряжения до 2.В 5 раз больше максимального напряжения основной частоты.
  4. Ограничивает межфазные токи до 5-10А.
  5. Снижает ток дуги и существенно устраняет опасность возникновения дуги, связанную только с условиями дугового тока между фазой и землей.
  6. Устранит механическое повреждение и может ограничить термическое повреждение закороченных обмоток трансформатора и вращающегося оборудования.
  7. Предотвращает работу устройств перегрузки по току, пока не будет обнаружена неисправность (когда только одна фаза замыкается на землю).
  8. Может использоваться в системах низкого или среднего напряжения до 5 кВ. Стандарт IEEE 141-1993 гласит, что «заземление с высоким сопротивлением должно быть ограничено системами класса 5 кВ или ниже с зарядными токами около 5,5 А или меньше и не должно применяться к системам 15 кВ, если не используется надлежащее реле заземления».
  9. Изоляция проводов и разрядники для защиты от перенапряжения должны быть рассчитаны на линейное напряжение. Нагрузки между фазой и нейтралью должны обслуживаться через разделительный трансформатор.
  1. Создает сильные токи замыкания на землю в сочетании с сильным или умеренным емкостным подключением к земле.
  2. Требуется система обнаружения замыкания на землю для уведомления инженера объекта о возникновении замыкания на землю.

(4) Система с резонансным заземлением:

  • Добавление индуктивного реактивного сопротивления от нейтральной точки системы к земле — это простой метод ограничения доступного замыкания на землю от максимальной емкости трехфазного короткого замыкания (тысячи ампер) до относительно низкого значения (от 200 до 800 ампер).
  • Для ограничения реактивной части тока замыкания на землю в энергосистеме можно подключить реактор с нейтралью между нейтралью трансформатора и системой заземления станции.
  • Система, в которой хотя бы одна нейтраль подключена к земле через
  1. Индуктивное реактивное сопротивление.
  2. Катушка Петерсена / Дугогасящая катушка / Нейтрализатор замыкания на землю.
  • Ток, генерируемый реактивным сопротивлением во время замыкания на землю, приблизительно компенсирует емкостную составляющую однофазного тока замыкания на землю, называется системой с резонансным заземлением.
  • Система почти никогда не настраивается точно, т. Е. Реактивный ток не в точности равен емкостному току замыкания на землю системы.
  • Система, в которой индуктивный ток немного больше, чем ток емкостного замыкания на землю, перекомпенсирован. Система, в которой индуцированный ток замыкания на землю немного меньше, чем ток емкостного замыкания на землю, не компенсируется
  • Однако опыт показал, что это индуктивное реактивное сопротивление относительно земли резонирует с шунтирующей емкостью системы на землю в условиях дугового замыкания на землю и создает в системе очень высокие переходные перенапряжения.
  • Чтобы контролировать переходные перенапряжения, конструкция должна допускать прохождение не менее 60% тока трехфазного короткого замыкания в условиях подземного замыкания.
  • Пример. Заземляющий реактор на 6000 А для системы, имеющей мощность трехфазного короткого замыкания 10000 А. Из-за высокой величины тока замыкания на землю, необходимого для управления переходными перенапряжениями, индуктивное заземление редко используется в промышленности.
  • Катушки Петерсена:

  • Катушка Петерсена подключается между нейтральной точкой системы и землей и рассчитана таким образом, что емкостной ток при замыкании на землю компенсируется индуктивным током, проходящим через катушку Петерсена .Небольшой остаточный ток останется, но он настолько мал, что любая дуга между поврежденной фазой и землей не будет поддерживаться, а короткое замыкание погаснет. Незначительные замыкания на землю, такие как сломанный штыревой изолятор, могут сохраняться в системе без прерывания питания. Переходные сбои не приведут к перебоям в подаче электроэнергии.
  • Хотя стандартная «катушка Петерсона» не компенсирует весь ток замыкания на землю в сети из-за наличия резистивных потерь в линиях и катушке, теперь можно применить «компенсацию остаточного тока» путем подачи дополнительных 180 ° наружу. фазного тока в нейтраль через катушку Петерсона.Таким образом, ток короткого замыкания снижается практически до нуля. Такие системы известны как «Резонансное заземление с компенсацией остатка» и могут рассматриваться как частный случай реактивного заземления.
  • Резонансное заземление может снизить EPR до безопасного уровня. Это связано с тем, что катушка Петерсена часто может эффективно действовать как NER с высоким импедансом, что существенно снижает любые токи замыкания на землю и, следовательно, также любые соответствующие опасности ЭПР (например, напряжения прикосновения, ступенчатые напряжения и передаваемые напряжения, включая любые опасности ЭПР, воздействующие на близлежащие участки). телекоммуникационные сети).
  • Преимущества:
  1. Малый реактивный ток замыкания на землю, не зависящий от емкости системы между фазой и землей.
  2. Позволяет обнаруживать повреждения с высоким сопротивлением.
  1. Риск обширных активных потерь при замыкании на землю.
  2. Связанные с высокими затратами.

(5) Трансформаторы заземления:

  • Для случаев, когда нет нейтральной точки для заземления нейтрали (например,г. для обмотки треугольником) можно использовать заземляющий трансформатор для обеспечения обратного пути для токов однофазного замыкания
  • В таких случаях импеданса заземляющего трансформатора может быть достаточно, чтобы действовать как эффективное полное сопротивление заземления. При необходимости можно последовательно добавить дополнительный импеданс. Для заземления обмоток треугольником иногда используется специальный «зигзагообразный» трансформатор, чтобы обеспечить низкий импеданс нулевой последовательности и высокий импеданс прямой и обратной последовательности для токов короткого замыкания.

Заключение:

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

Сравнение системы заземления нейтрали:

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

Артикул:

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

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

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

.

Влияние плавающей нейтрали в распределительной сети

Введение:

  • Если нейтральный проводник размыкается, разрывается или ослабляется на одной из сторон источника (распределительный трансформатор, генератор или на стороне нагрузки (распределительная панель потребителя), нейтральный проводник распределительной системы «плавает» или теряет свою контрольную точку заземления. Состояние нейтрали может привести к тому, что напряжения будут плавно достигать максимального значения, равного среднеквадратичному значению фазового напряжения относительно земли, в зависимости от состояния несимметричной нагрузки.
  • Состояние плавающей нейтрали в электросети имеет разное влияние в зависимости от типа источника питания, типа установки и балансировки нагрузки в распределительной сети. Обрыв нейтрали или ослабленная нейтраль могут повредить подключенную нагрузку или создать опасное напряжение прикосновения к корпусу оборудования. Здесь мы пытаемся понять состояние плавающей нейтрали в системе распределения T-T.

Что такое плавающая нейтраль?

  • Если точка звезды несбалансированной нагрузки не соединена с точкой звезды ее источника питания (распределительного трансформатора или генератора), то фазное напряжение не остается одинаковым для каждой фазы, а изменяется в зависимости от несимметричной нагрузки.
  • Поскольку потенциал такой изолированной точки звезды или нейтральной точки всегда изменяется и не фиксируется, это называется плавающей нейтральной точкой.

Нормальное питание и состояние плавающей нейтрали

Нормальное состояние питания:

  • В трехфазных системах точка звезды и фазы стремятся «уравновесить» на основе отношения утечки на каждой фазе к земле. Точка звезды будет оставаться близкой к 0 В в зависимости от распределения нагрузки и последующей утечки (более высокая нагрузка на фазе обычно означает более высокую утечку).
  • Трехфазные системы могут иметь или не иметь нейтральный провод. Нейтральный провод позволяет трехфазной системе использовать более высокое напряжение, поддерживая при этом однофазные приборы с более низким напряжением. В ситуациях распределения высокого напряжения обычно не бывает нейтрального провода, поскольку нагрузки можно просто подключить между фазами (соединение фаза-фаза).
  • 3-фазная 3-проводная система:
  • Три фазы обладают свойствами, которые делают их очень востребованными в электроэнергетических системах.Во-первых, фазные токи имеют тенденцию гасить друг друга (суммируясь до нуля в случае линейной сбалансированной нагрузки). Это позволяет исключить нейтральный провод на некоторых линиях. Во-вторых, передача мощности в линейную сбалансированную нагрузку постоянна.
  • 3-фазная 4-проводная система для смешанной нагрузки:
  • Большинство бытовых нагрузок однофазные. Обычно трехфазное питание либо не поступает в жилые дома, либо распределяется на главном распределительном щите.
  • Текущий закон Кирхгофа гласит, что сумма со знаком токов, входящих в узел, равна нулю.Если нейтральная точка является узлом, то в сбалансированной системе одна фаза соответствует двум другим фазам, в результате чего ток через нейтраль отсутствует. Любой дисбаланс нагрузки приведет к протеканию тока по нейтрали, так что сумма будет равна нулю.
  • Например, в сбалансированной системе ток, входящий в нейтральный узел с одной стороны фазы, считается положительным, а ток, входящий (фактически выходящий) из нейтрального узла с другой стороны, считается отрицательным.
  • Это усложняется в трехфазном питании, потому что теперь мы должны учитывать фазовый угол, но концепция в точности та же.Если мы соединены звездой с нейтралью, то нейтральный проводник будет иметь нулевой ток на нем только в том случае, если три фазы имеют одинаковый ток на каждой. Если мы проведем векторный анализ этого, сложив sin (x), sin (x + 120) и sin (x + 240), мы получим ноль.
  • То же самое происходит, когда мы соединены треугольником, без нейтрали, но затем возникает дисбаланс в распределительной системе за пределами сервисных трансформаторов, потому что распределительная система обычно соединяется звездой.
  • Нейтраль никогда не должна быть подключена к заземлению, за исключением той точки обслуживания, где нейтраль изначально заземлена (на распределительном трансформаторе). Это может настроить землю как путь, по которому ток будет возвращаться к службе. Любой разрыв в цепи заземления может привести к возникновению потенциала напряжения. Заземление нейтрали в трехфазной системе помогает стабилизировать фазные напряжения. Незаземленную нейтраль иногда называют «плавающей нейтралью», и ее применение ограничено.

Плавающее нейтральное состояние:

  • Электроэнергия поступает в помещения клиентов и выходит из распределительной сети, поступая через Фазу и покидая нейтраль.В случае обрыва нейтрального обратного пути электричество может двигаться по другому пути. Поток энергии, поступающий в одну фазу, возвращается через оставшиеся две фазы. Нейтральная точка не находится на уровне земли, но находится на уровне напряжения сети. Эта ситуация может быть очень опасной, и клиенты могут серьезно пострадать от поражения электрическим током, если они коснутся чего-либо, где есть электричество.
  • Обрыв нейтрали бывает трудно обнаружить, а в некоторых случаях нелегко идентифицировать.Иногда на сломанные нейтрали могут указывать мерцающие огни или покалывание. Если в вашем доме мерцает свет или постукивает по телефону, вы можете получить серьезные травмы или даже смерть.

Измерение напряжения между нейтралью и землей:

  • Практическое правило, используемое многими в отрасли, заключается в том, что напряжение между нейтралью и землей 2 В или менее на розетке в порядке, а несколько вольт или более указывают на перегрузку; 5V рассматривается как верхний предел.
  • Низкое показание : Если напряжение нейтрали относительно земли на розетке низкое, значит, система исправна. Если оно высокое, то вам все равно необходимо определить, в основном ли проблема на уровне ответвленной цепи или на уровне панели.
  • Напряжение нейтрали относительно земли существует из-за падения ИК-излучения тока, проходящего через нейтраль, обратно к заземлению нейтрали. Если система правильно подключена, не должно быть заземления нейтрали, за исключением трансформатора источника (в том, что NEC называет источником раздельно производной системы или SDS, который обычно является трансформатором). В этой ситуации в заземляющем проводе практически не должно быть тока и, следовательно, на нем не должно падать ИК-излучение. Фактически, заземляющий провод используется в качестве длинного тестового провода, ведущего обратно к заземлению нейтрали.
  • Высокое показание: Высокое показание может указывать на общую нейтраль ответвления, то есть нейтраль, совместно используемую более чем одной ответвленной цепью. Эта общая нейтраль просто увеличивает возможность перегрузки, а также воздействия одной цепи на другую.
  • Нулевое показание: Определенное значение напряжения нейтрали относительно земли является нормальным для нагруженной цепи. Если показание стабильно близко к 0В. Есть подозрение на незаконное соединение нейтрали с землей в розетке (часто из-за потери жилы нейтрали, касающейся какой-либо точки заземления) или на субпанели.Любые соединения нейтрали с землей, кроме тех, которые находятся у источника трансформатора (и / или главной панели), должны быть удалены, чтобы предотвратить обратные токи, протекающие через заземляющие проводники.

Различные факторы, вызывающие смещение нейтрали:

  • Есть несколько факторов, которые определяют как причину смещения нейтрали. Влияние плавающей нейтрали зависит от позиции, в которой нейтраль нарушена

1) На трехфазном распределительном трансформаторе:

  • Неисправность нейтрали трансформатора — это, в основном, отказ втулки нейтрали.
  • Использование линейного ответвителя на вводе трансформатора определяется как основная причина выхода из строя нейтрального провода на вводе трансформатора. Гайка на линии со временем ослабляется из-за вибрации и разницы температур, что приводит к горячему соединению. Проводник начал плавиться и в результате оборвался нейтраль.
  • Плохая работа монтажников и технического персонала также одна из причин отказа нейтрали.
  • Обрыв нейтрали на трех фазах трансформатора приведет к скачку напряжения до линейного напряжения в зависимости от балансировки нагрузки в системе.Этот тип нейтрали может повредить оборудование пользователя, подключенное к источнику питания.
  • В нормальных условиях ток течет от фазы к нагрузке к нагрузке обратно к источнику (распределительный трансформатор). При обрыве нейтрали ток из красной фазы вернется в синюю или желтую фазу, в результате чего между нагрузками будет напряжение между линиями.
  • У некоторых клиентов будет повышенное напряжение, а у других — низкое.

2) Обрыв верхнего нулевого провода в линии низкого напряжения:

  • Удар обрыва провода нейтрали на воздушном распределении низкого напряжения будет аналогичен удару обрыва трансформатора.
  • Напряжение питания, плавающее до «Линейное напряжение» вместо фазного напряжения. Этот тип неисправности может привести к повреждению оборудования клиента, подключенного к источнику питания.

3) Неисправность нейтрального провода:

  • Сломанная нейтраль сервисного проводника приведет только к потере питания в точке обслуживания. Никаких повреждений клиентскому оборудованию.

4) Высокое сопротивление заземления нейтрали распределительного трансформатора:

  • Хорошее сопротивление заземления Заземление Нейтраль обеспечивает путь с низким сопротивлением для утечки тока нейтрали в землю.Высокое сопротивление заземления может обеспечить путь высокого сопротивления для заземления нейтрали на распределительном трансформаторе.
  • Ограничьте сопротивление заземления достаточно низким, чтобы обеспечить достаточный ток короткого замыкания для срабатывания защитных устройств во времени и уменьшить смещение нейтрали.

5) Перегрузка и разбалансировка нагрузки:

  • Распределительная сеть Перегрузка в сочетании с плохим распределением нагрузки является одной из основных причин отказа нейтрали.
  • Нейтраль должна быть правильно спроектирована так, чтобы минимальный ток проходил через нейтральный провод. Теоретически предполагается, что ток в нейтрали равен нулю из-за отмены из-за сдвига фаз фазного тока на 120 градусов.
  • IN = IR <0 + IY <120 + IB <-120.
  • В перегруженной несбалансированной сети много тока будет протекать через нейтраль, которая разрывает нейтраль в самой слабой точке.

6) Общие нейтральные

  • В некоторых зданиях разводка такова, что две или три фазы имеют общую нейтраль.Первоначальная идея заключалась в том, чтобы продублировать на уровне ответвления четырехпроводную (три фазы и нейтраль) разводку панелей управления. Теоретически на нейтраль вернется только несимметричный ток. Это позволяет одной нейтрали выполнять работу для трех фаз. Этот способ подключения быстро зашел в тупик с ростом однофазных нелинейных нагрузок. Проблема в том, что ток нулевой последовательности
  • От нелинейных нагрузок, в первую очередь третьей гармоники, складывается арифметически и возвращается на нейтраль.Помимо потенциальной проблемы безопасности из-за перегрева нейтрали меньшего размера, дополнительный ток нейтрали создает более высокое напряжение нейтрали относительно земли. Это напряжение нейтрали к земле вычитается из напряжения линии на нейтраль, доступного для нагрузки. Если вы начинаете чувствовать, что общие нейтралы — одна из худших идей, когда-либо воплощенных в меди.

7) Плохое качество изготовления и обслуживания:

  • Обычно обслуживающий персонал не уделяет внимания сетям низкого напряжения.Ослабленная или ненадлежащая затяжка нейтрального проводника повлияет на непрерывность нейтрали, что может вызвать плавание нейтрали.

Как определить состояние плавающей нейтрали на панели:

  • Давайте рассмотрим один пример, чтобы понять состояние нейтрального плавающего положения. У нас есть трансформатор, вторичная обмотка которого соединена звездой, фаза к нейтрали = 240 В и фаза к фазе = 440 В.

Условие (1): нейтраль не плавающая

  • Независимо от того, заземлена ли нейтраль, напряжения остаются прежними: 240 В между фазой и нейтралью и 440 В между фазами.Нейтраль не плавает.

Условие (2): нейтраль — плавающая

  • Все устройства подключены: Если нейтральный провод цепи отключается от основной панели электропитания дома, в то время как фазный провод цепи все еще остается подключенным к панели, а в цепи есть приборы, подключенные к розеткам. В этой ситуации, если вы поместите тестер напряжения с неоновой лампой на нейтральный провод, он будет светиться так же, как если бы он был под напряжением, потому что на него подается очень небольшой ток, идущий от фазового источника через подключенное устройство ( s) к нейтральному проводу.
  • Все устройства отключены: Если вы отключите все приборы, освещение и все остальное, что может быть подключено к цепи, нейтраль больше не будет казаться находящейся под напряжением, потому что от нее больше нет пути к фазовому питанию.
  • Междуфазное напряжение: Измеритель показывает 440 В переменного тока. (Не влияет на 3-фазную нагрузку)
  • Напряжение между фазой и нейтралью: Измеритель показывает от 110 В до 330 В переменного тока.
  • Напряжение нейтрали относительно земли: Счетчик показывает 110 В.
  • Напряжение между фазой и землей: Измеритель показывает 120 В.
  • Это происходит потому, что нейтраль «плавает» над потенциалом земли (110 В + 120 В = 230 В переменного тока). В результате выход изолирован от системного заземления, а полный выход 230 В устанавливается между линией и нейтралью без заземления.
  • Если внезапно отключить нейтраль от нейтрали трансформатора, но оставить цепи нагрузки такими, какие они есть, то нейтраль на стороне нагрузки станет плавающей, поскольку оборудование, которое подключено между фазой и нейтралью, станет между фазой и фазой (R — Y, Y — B) , и поскольку они не имеют одинаковых номиналов, полученная в результате искусственная нейтраль будет плавающей, так что напряжения, присутствующие на различном оборудовании, больше не будут составлять 240 В, а будут где-то между 0 (не точно) и 440 В (также не совсем). .Это означает, что на одной линии от фазы к фазе у некоторых будет менее 240 В, а у других — почти до 415 В. Все зависит от импеданса каждого подключенного элемента.
  • В системе с дисбалансом, если нейтраль отключена от источника, нейтраль становится плавающей нейтралью и смещается в такое положение, чтобы она была ближе к фазе с более высокими нагрузками и от фазы с меньшей нагрузкой. Предположим, что несимметричная трехфазная система имеет нагрузку 3 кВт в фазе R, нагрузку 2 кВт в фазе Y и нагрузку 1 кВт в фазе B.Если нейтраль этой системы отключена от сети, плавающая нейтраль будет ближе к R-фазе и дальше от B-фазы. Таким образом, нагрузки с фазой B будут испытывать большее напряжение, чем обычно, а нагрузки с фазой R будут испытывать меньшее напряжение. Нагрузки в фазе Y будут испытывать почти одинаковое напряжение. Отключение нейтрали для несбалансированной системы опасно для нагрузки. Из-за более высокого или более низкого напряжения наиболее вероятно повреждение оборудования.
  • Здесь мы видим, что состояние нейтрального плавающего положения не влияет на 3-фазную нагрузку, а влияет только на 1-фазную нагрузку

Как исключить нейтральное плавающее положение:

  • Есть некоторые моменты, которые необходимо учитывать, чтобы предотвратить нейтральное смещение.

a) Используйте 4-полюсный выключатель / ELCB / RCBO в распределительной панели:

  • Плавающая нейтраль может стать серьезной проблемой. Предположим, у нас есть панель выключателя с трехполюсным выключателем для трех фаз и шиной для нейтрали для трехфазных входов и нейтрали (здесь мы не использовали четырехполюсный выключатель). Напряжение между каждой фазой — 440, а напряжение между каждой фазой и нейтралью — 230. У нас есть одиночные выключатели, питающие нагрузки, требующие 230 вольт. У этих нагрузок 230 Вольт одна линия питается от выключателя и нейтраль.
  • Теперь предположим, что нейтраль отсоединилась, или окислилась, или каким-то образом отсоединилась в панели или, возможно, даже отключилась от источника питания. Нагрузки 440 В не будут затронуты, однако нагрузки 230 В могут иметь серьезные проблемы. В этом состоянии «плавающая нейтраль» вы обнаружите, что одна из двух линий упадет с 230 вольт до 340 или 350, а другая линия упадет до 110 или 120 вольт. Половина вашего оборудования на 230 В будет повышена из-за перенапряжения, а другая половина не будет работать из-за низкого напряжения.Так что будьте осторожны с плавающими нейтралами.
  • Просто используйте ELCB, RCBO или 4-полюсный автоматический выключатель в качестве источника дохода в 3-фазной системе питания, поскольку при размыкании нейтрали отключится все питание без повреждения системы.

b) Использование стабилизатора напряжения:

  • Когда нейтраль выходит из строя в трехфазной системе, подключенные нагрузки будут подключаться между фазами из-за плавающей нейтрали. Следовательно, в зависимости от сопротивления нагрузки на этих фазах, напряжение может колебаться от 230 В до 400 В.Подходящий сервостабилизатор с широким диапазоном входного напряжения с отсечкой по верхнему и нижнему пределу может помочь в защите оборудования.

c) Хорошее качество изготовления и техническое обслуживание:

  • Дайте более высокий приоритет обслуживанию низковольтной сети. Затяните или примените соответствующий крутящий момент для затяжки нейтрального провода в системе низкого напряжения

Заключение:

  • Состояние неисправности «плавающая нейтраль» (отключенная нейтраль) — ОЧЕНЬ НЕ БЕЗОПАСНО , потому что, если устройство не работает, и кто-то, кто не знает о «плавающем» нейтрали, может легко прикоснуться к нейтральному проводу, чтобы узнать, почему приборы не работают, когда они подключены в цепь и получите сильный шок.Однофазные устройства спроектированы так, чтобы работать с нормальным фазным напряжением, когда они получают линейное напряжение. Устройства могут повредить. Неисправность отключенной нейтрали является очень небезопасным состоянием и должна быть устранена как можно раньше путем поиска неисправностей конкретных проводов для проверки, а затем правильного подключения.

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments