Достоинства и недостатки сетей с изолированной нейтралью

Содержание:

Принцип действия

В исправной трехфазной сети распределение нагрузки происходит равномерно. В случае пробоя любой фазы в схеме с изолированной нейтралью возникает замыкание на землю. Обычно происходит в этом случае пробой на корпус электрического потребителя.

Это могут быть как электрические двигатели, так и металлическое оборудование. Если отсутствует заземление, то на устройствах появляется напряжение. Такая ситуация очень опасна при прикосновении человека к корпусу конструкции.

Когда же в сети стоит изолированная нейтраль, то ток снизится до минимума и станет безопасным для работника. В настоящее время такая система защиты применяется:

1. В двухпроводных сетях постоянного тока.
2. В электрооборудовании, работающем в трехфазной сети напряжением до 1 кВ.
3. В схемах с низким напряжением, обладающих защитными устройствами.

Под защитными устройствами подразумевается использование разделяющих трансформаторов или применение дополнительной изоляции. Дело в том, что обычными предохранителями и автоматическими выключателями невозможно произвести отключение слишком малого тока.

Такое оборудование просто не рассчитано на такие значения. Поэтому и требуется дополнительное релейное оборудование, которое предупредит об аварийной ситуации.

Так как эти устройства сложные в управлении, то их обслуживание проводят только высококвалифицированные работники.

Что такое нейтраль

Допустим, у нас есть трансформатор, у которого от самой середины вторичной обмотки сделан отвод. Подадим переменное напряжение на первичную обмотку и рассмотрим, как будет меняться напряжение между точкой отвода и конечными точками вторичной обмотки. В момент 1 на верхней точке будет «плюс» по отношению к отводу, а на нижней — «минус». В момент 2 напряжение между отводом и конечными точками будет равно нулю. В момент 3 «плюс» и «минус» поменяются местами. Если сделать ещё отводы от обмотки, то, чем дальше будет такой отвод от первого отвода и, соответственно, ближе к концу обмотки, тем сильнее будет изменяться напряжение между ним и первым отводом. В точке же первого отвода не бывает ни избытка, ни недостатка электронов. Такая точка называется «нейтральной точкой» (вторичной обмотки трансформатора), или нейтралью. В литературе часто встречается выражение «напряжение в (некой) точке». Если пользоваться им, то можно сказать, что напряжение в нейтральной точке всегда равно нулю.

Вторичная обмотка трехфазного трансформатора устроена более сложно. Она состоит из трёх одинаковых обмоток, которые могут быть соединены «в треугольник» (мы этот случай не будем здесь рассматривать) или «в звезду», где начала обмоток соединены вместе. Точка, где они соединены, также называется «нейтральной точкой».

Эффективно-заземлённая нейтраль | Электротехнический журнал

Эффективно-заземлённая нейтраль (трех-фазной электроустановки) — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (1 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более Кзам = 1,4.

Термин «глухозаземлённая нейтраль» в сетях выше 1000В в данный момент не применяется. Электроустановки, в которых нейтраль соединяется с заземляющим устройством непосредственно, также относятся к электроустановкам с эффективно-заземлённой нейтралью.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — это отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания.

Иначе говоря при замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью напряжение между землёй и неповреждёнными фазами возрастает до линейного — примерно в 1,73 раза; в сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжение на неповреждённых фазах относительно земли возрастёт не более чем в 1,4 раза

Это особенно важно для сетей высокого напряжения, что уменьшает количество изоляции при изготовлении сетей и аппаратов, удешевляя их производство. Согласно рекомендации МЭК к сетям с эффективно-заземлённой нейтралью относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление

В СССР и России сети с эффективно-заземлённой нейтралью — это сети напряжением 110 кВ и выше.

Недостатки

• Возникновение больших токов короткого замыкания (ТКЗ) через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро устранено отключением от устройств релейной защиты. Большинство коротких замыканий на землю в сетях 110 кВ и выше относятся к самоустранимым и электроснабжение обычно восстанавливается АПВ.
• Удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи к.з.
• Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з. Для устранения этого вводят режим частично разземлённых нейтралей трансформаторов (часть трансформаторов 110-220 кВ работают с изолированной нейтралью: нулевые выводы трансформаторов присоединяются через разъединители, которые находятся в отключённом состоянии). Ещё одним из способов ограничения тока к.з. на землю-это заземление нейтралей трансформаторов через активные токоограничивающие сопротивления.

Особенности выполнения эффективно заземлённой нейтрали

Согласно ПТЭЭП максимально допустимая величина сопротивления заземляющего устройства для сетей с эффективно заземлённой нейтралью (для электроустановок выше 1000 В и с большим током замыкания на землю — свыше 500 А — каждого объекта) составляет 0,5 Ом с учётом естественного заземления (при сопротивлении искусственного заземляющего устройства — не более 1 Ом). Это вызвано необходимостью пропускания значительных токов при к.з. на землю, высоким и сверхвысоким напряжением сети, требованием ограничения напряжения между землёй и неповреждёнными фазами, а также возможностью появления при авариях высоких напряжений прикосновения, шаговых напряжений и опасных «выносов потенциалов» за территорию подстанции. Необходимость равномерности распределения потенциалов внутри подстанции и исключения появления шаговых напряжений на значительном удалении от подстанции исключается т.н. устройством выравнивания потенциалов, которое является составной частью заземляющего устройства для эффективно заземлённых нейтралей. Особые требования для заземляющих устройств с эффективно заземлёнными нейтралями создаёт значительные трудности для их расчёта и сооружения, делает их материалоёмкими, особенно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (каменистые, скальные, песчаные грунты) и стеснёнными условиями сооружения.

Примечания

1. ПУЭ — правила устройства электроустановок, издание 6-е и 7-е.
2. ПТЭЭП — правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

Просмотров всего: 135, Просмотров за день: 1

www.el-info.ru

• Эффективно заземленная нейтраль и глухозаземленная отличия
• Испытания кабеля из сшитого полиэтилена 10 кв
• Испытания кабеля из сшитого полиэтилена 10 кв
• Плюсы и минусы тэц
• Плюсы и минусы тэц
• Разъединитель шинный 10 кв
• Разъединитель шинный 10 кв
• Разъединитель рндз
• Разъединитель рндз
• Протокол испытания кабеля сшитого полиэтилена
• Протокол испытания кабеля сшитого полиэтилена

Что такое сеть с заземлённой нейтралью и сеть с изолированной нейтралью

Сетью с заземлённой нейтралью называется сеть, у которой нейтральная точка соединена с землёй либо непосредственно, либо через малое сопротивление. Соединение это, как правило, делается в подстанции. В землю зарывается специальный проводник. Размер, материал проводника, глубина зарывания — это определяется специальными правилами, изложенными в нормативных документах. От заземляющего проводника с сеть идёт отдельный провод. Он называется PEN — проводником. В переводе это означает, что этот провод является одновременно

1. заземляющим
2. нулевым рабочим

Что это значит, будет объяснено ниже.
Если нейтральная точка не соединена с землёй либо соединена через большое сопротивление, то такая сеть называется сетью с изолированной нейтралью. В такой сети (здесь мы рассматриваем сети с напряжением до 1000 Вольт) также может быть заземляющий провод. Поскольку он только только заземляющий, его называют PE — проводником (без N). Объяснение ниже.

Если напряжение в сети меньше 1000 Вольт (например, 380/220 Вольт) и в сети между трансформатором подстанции и потребителем нет ещё трансформаторов, то это сеть, скорее всего, с заземлённой нейтралью. Исключение — сети предприятий с особыми условиями работы, например, шахт.

Если между трансформатором подстанции и потребителем электроэнергии имеется ещё трансформатор, у которого нейтральная точка вторичной обмотки не соединена с землёй, то участок от вторичной обмотки до потребителя по сути является сетью с изолированной нейтралью. Примеры — понижающие трансформаторы, в том числе в кранах, в станках и пр.

Понятие изолированной нейтрали

Чаще всего потребитель сталкивается с заземляющей нейтралью. Она присоединяется к заземляющему контуру непосредственно или через аппарат с малым электрическим сопротивлением. Изолированная нейтраль – это нейтраль, которая не присоединена к заземлению либо же подключается через устройство с большим диэлектрическим сопротивлением.

Во время работы сети постоянно возникают утечки тока. Они становятся причиной 2 типов замыканий: на землю и на корпус. Первый вариант – это случайное соединение частей приборов, находящихся под напряжением, с частями, не изолированными от земли. Второй – контакт частей энергоустановки, находящихся под напряжением, с частями, не находящимися под напряжением в нормальном режиме.

• Если ток замыкания прибора на землю и корпус не превышает 500 А, он называется установкой с малыми токами замыкания на землю. С такими токами и работают линии с напряжением до 1 кВт и выше с изолированной нейтралью трансформатора или генератора. Чаще всего это 3-фазные системы с линейным напряжением в 220,380 и 660 В.
• Если ток замыкания на корпус или землю больше 500 А, это установка с большими токами замыкания. Такое оборудование работает с глухозаземленной нейтралью при напряжении 110 кВ и выше.

Режим работы нуля определяет уровень изоляции, величину напряжения и тока, условия включения и выключения защитного реле, выбор обслуживающей аппаратуры и прочее.

По уровню безопасности все установки разделяются на сети до 1000 В включительно и свыше 1000 В.

Заземление в сетях с изолированной нейтралью

Сначала рассмотрим сети с изолированной нейтралью. В сети с исправной изоляцией имеют место токи утечки и емкостные токи (рис. 1). Они протекают и между фазами непосредственно (это на рис. 1 не показано), и через землю. Величина этих токов, однако, невелика. Все электрики должны помнить допустимую величину сопротивления изоляции — не менее 0.5 Мом. Ток при напряжении 220 вольт и сопротивлении 0.5 Мом будет 0.00044 А. Половина тысячной ампера.

Тем не менее, токи утечки (и емкостные) могут нанести поражение, и даже смертельное, если человек коснётся фазного провода (рис. 2). Чем выше напряжение сети, тем опаснее такие токи.

Что произойдёт, если в одном месте цепи нарушится изоляция и произойдёт замыкание? Замыкание либо на землю, либо на металлическую конструкцию (опору, корпус электродвигателя, корпус светильника, корпус распределительного шкафа и т. п.) соединённую с землёй . Допустим, что в других местах изоляция исправна (рис. 3). Будут иметь место токи через сопротивления утечки и емкостные сопротивления.

Если при таком замыкании человек, стоящий на земле, коснётся другой фазы, это будет для него смертельно опасно — он окажется под линейным напряжением, то есть под напряжением между двумя фазами (рис. 4).

А что будет, если в другом месте замыкает на землю другая фаза? Между фазами побежит ток (рис. 5). Может сработать защита. А может и не сработать. Может сработать не сразу. Это будет зависеть от величины тока. А величина тока зависит от сопротивления земли, которое может быть очень разным, различаться на порядки в зависимости от влажности, промерзания, состава грунта (песок, глина или скала) и т. п. Для человека, попавшего под действие такого тока, это смертельно опасно. И даже если он не касается замкнувших проводников, он может попасть под напряжение шага.

Чтобы избежать такой опасности, делается защитное заземление. Металлоконструкции могущие попасть под напяжение, электрически соединяются с проводником, который соединён с Землёй. Так же, как и в сетях с заземлённой нейтралью, соединён с Землёй он обычно в подстанции. По специальным правилам зарыта в землю специальная железяка и соединена с заземляющим проводом.

Что произойдёт при ситуации, как на рисунке 5, но если имеется защитное заземление? Смотрим рис. 6 Ток замыкания пойдёт по заземляющему проводнику. Через землю ток тоже пойдёт, но его величина будет гораздо меньше, чем на рис.5. Общий ток будет большим, и поэтому сработает защита. Чтобы защита наверняка сработала, сопротивление заземляющего проводника должно быть достаточно низким. Он должен быть достаточно толстым, чтобы не отгореть от большого тока.

А зачем нужно соединять защитный провод с землёй? Что это даёт? Может, достаточно просто соединить металлоконструкции друг с другом проводником, чтобы срабатывала защита? Земля является дополнительным защитным проводником (если металлоконструкции соединены с землёй), а случае обрыва основного (защитного проводника), и единственным, хотя и не очень надёжным (рис.5) Я так это понимаю.

Применения изолированной нейтрали для сетей более 1000 В

Для безопасности пользования и снижения расходных материалов в электросетях более 1000 В чаще всего применяются изоляционные системы глухого заземления.

Однако стоит отметить, что в некоторых трансформаторах жилы соединены по схеме «трех углов», а не «звезды» и центральная нейтраль не предусмотрена изначально.

Для высоковольтных проводных систем изолированное глухое заземление крайне необходимо для стабильной работы электросети, поскольку благодаря ему напряжение тока при коротком замыкании фазы – минимальное, а также при отключении одной фазы, остальные две продолжат работу.

Кроме того, даже единичный контакт с не изолированным высоковольтным проводом – смертельно опасен для жизни человека, потому нельзя пренебрегать системой для обеспечения безопасности.

Помимо вышеописанных факторов необходимости использования изоляции, существует еще один, связанный с повреждением одной из фаз.

Как известно, при коротком замыкании заземленной фазы через другу в трансформаторе высоковольтных проводов, возникает значительная перегрузка, которая приводит к разрушению изоляции и межфазному короткому замыканию.

Чтобы исключить малейшую вероятность заземленной дуги и вытекающих аварийных последствий изолированная центральная нейтраль обязательно соединяется с «землей» через специальный реактор гасящий дугу.

Его необходимо подобрать и установить согласно всем характеристикам определенной сети, чтобы он обеспечивал максимальную защиту и безопасность.

Реактор, описанный выше, для гашения дуги способствует следующим процессам:

1. Снижает ток короткого замыкания.
2. Разрушает дугу, путем воздействия на ее неустойчивые физические характеристики.
3. Снижает риск повторной аварийной ситуации дуги, путем замедления роста тока после гашения.
4. Снижает напряжения обратного тока.

Заземление в сетях с заземлённой нейтралью

Теперь перейдём к сетям с заземлённой нейтралью. Что произойдёт, если человек, стоящий на земле, коснётся фазного провода в такой сети (рис. 7)? Это смертельно опасно. Хотя напряжение, под которое он попадёт, будет фазным, (то есть если напряжение между фазами 380 В, человек попадёт под 220 В) ток, идущий через него, может быть очень большим. Сила тока и, соответственно, степень поражения будет зависеть от сопротивления цепи.

Так же опасна ситуация, когда фазный провод замыкает на землю или на металлоконструкцию, соединённую с землёй (рис. 8). Сравните рисунок 8 с рисунком 5. Что общего в изображённых ситуациях? Через человека проходит большой ток, зависящий от сопротивления земли. Образуется напряжние шага. Защита может сработать, а может и не сработать. На рис. 5 человек оказывается под линейным напряжением, а на рис. 8 под фазным, но погибнуть можно и от фазного напряжения.

Теперь посмотрим, что произойдёт при замыкании, если выполнено защитное заземление (рис. 9). Опять же сравните рисунки 9 и 6. Целей защитного заземления две: 1. При замыкании вызвать срабатывание защиты (защитное отключение) 2. Уменьшить напряжение и ток, которым может подвергнуться человек при нарушении изоляции и замыкании.

Встречается термин (защитное) зануление. Что под этим имеется в виду? Под занулением понимается электрическое соединение с нейтралью трансформатора. Смотрите рисунок 9. На нём показано зануление, а поскольку нейтраль трансформатора заземлена, оно же есть и защитное заземление. В сетях с изолированной нейтралью зануление не применяется. Почему? Оно сильно ухудшило бы ситуацию с безопасностью. Почему, я не буду подробно писать, об этом написано в пособии Найфельда. Если в такой сети наряду с занулением было бы применено заземление, то у нас получилась бы сеть с заземлённой нейтралью. как на рисунке 9. Она была бы лишена преимуществ сети с изолированной нейтралью.

Нередко выполняется повторное, или дополнительное заземление (рис. 10). Процитирую Найфельда: «Дополнительное заземление не ухудшает, а часто улучшает безопасность сетей и электроустановок.» При замыкании оно уменьшает ток на зануляющем проводнике, уменьшает напряжение шага, способствует более быстрому срабатыванию защиты. Для повторного заземления часто используются естественные заземлители — проложенные в земле трубопроводы, соединённые с землёй металлоконструкции, наружные оболочки кабелей.

Приведу цитату из ПУЭ: «1.7.61. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.»

Значение терминов TN, PE, PEN описано ниже Что может и что не может быть использовано в качестве естественного заземлителя, об этом сказано в ПУЭ 1.7.109 и 1.7.110.

Важно помнить, что недопустимо выполнить дополнительное заземление и при этом отсоединиться от основного провода заземления — зануления. Почему? Смотрим рис. 11. В этом случае при замыкании защитное отключение может не сработать, так как, что я уже объяснял, сопротивление земли может быть очень разным.

Однако в ПУЭ разрешено использовать систему заземления, электрически не связанную с заземлённой нейтралью трансформатора (рис. 11-1). Эта система называется ТТ. Она допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN (то есть при заземлении способом, как на рисунке 9) не могут быть обеспечены. Пример такого случая — сеть, питающая строительную площадку. Как правило, сеть это временная, надёжность её часто оставляет желать лучшего. Поэтому допускается не тянуть на стройплощадку PEN — проводник, а сделать заземление рядом с ней — зарыть (забить) в землю (как и какую, определяют правила) «железяку» и соединить с ней корпуса электрических строительных машин и механизмов. В системе ТТ обязательно применение УЗО.

Процитирую ПУЭ 1.7.57. «Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.»

Посему подавляющее большинство сетей 380/220 В в наших городах, сёлах и на предприятиях — это сети с заземлённой нейтралью.

Определение изолированной нейтрали и терминология

Термин «изолированной центральной нейтрали» описан в ПУЭ, главе 1,7, пункт 1,7,6, а также в ГОСТ 2009-009, 12,1. В этих законодательных источниках четко прописана формулировка, что изолированная нейтраль – это центральная нейтраль генератора или трансформатора электросети, которая не присоединяется к устройству заземления или присоединяется, но через приборы безопасности или аварийной сигнализации.

Также центральной изолированный нейтралью может выступать определенная точка, которая является центром соединения жил по схеме «звезды».

Некоторые, даже профессиональные, специалисты по электрике убеждены, что изолированная нейтраль – это система заземления IТ, которая описана в ПУЭ 1,7,3.

Однако это ложная информация и глубокое заблуждение, поскольку в том же пункте ПУЭ сказано, что данная система используется исключительно для электросетей до одного кВ.

Кроме того, в пункте 1,7,2 сообщается, что в зависимости от безопасности изолированные установки разделяются на четыре категории от изолированных до глухо заземленных, а также до одного кВ и выше.

Исходя из вышеописанных пунктов изолированной ПУЭ следует вывод: изолированная центральная нейтраль и система глухого заземления – это абсолютно разные устройства с разными типами применения.

Но как определить, какая сеть, с изолированной или с заземлённой нейтралью?

У сети с изолированной нейтралью нет нулевого рабочего провода, но есть заземляющий. Если сеть исправна, заземляющий проводник с фазными электрически напрямую не связан (хотя может быть связан через устройства с большим сопротивлением). В сетях с заземлённой нейтралью, как правило, хотя и не всегда, из подстанции в распределительные пункты (щиты, шкафы) приходят 4 провода (жилы кабеля) — 3 фазных и один заземляющий, он же нулевой рабочий (этот провод называют PEN-проводником). PEN-проводник обычно приходит на шину, которая соединена с корпусом щита или шкафа и к которой присоединены и нулевые рабочие, и заземляющие провода. Далее же нулевой рабочий провод идёт отдельной жилой (его также называют N-проводником), а провод заземления отдельной жилой (PE-проводник). Нередко PEN-проводник идёт дальше и разветвляется на нулевой рабочий и заземляющий в распределительном пункте более низкого уровня, например, этажном щитке.

Провод заземления также называют нулевым защитным, в отличие от нулевого рабочего. И нулевой рабочий, и заземляющий провод имеют электрическую связь с фазными проводами и через обмотку трансформатора, и через нагрузку, например, светильники. Сопротивление между ними низкое. Вообще, если в сети имеются потребители, работающие от «фазы» и «нуля» (что можно проверить, например, индикатором напряжения на работающей розетке), то это сеть с заземлённой нейтралью. Если в сети имеются и нулевой рабочий провод , и провод заземления, то это сеть с заземлённой нейтралью.

Сети свыше 1 кВ

К сетям с напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью относят сети от 3 до 33 кВ. Однако в отличие от линий с напряжением до 1 кВ, здесь нельзя пренебрегать емкостной проводимостью фаз. При замыкании на землю емкостный ток неповрежденной фазы тоже увеличивается в 3 раза по сравнению с обычным током. Абсолютное значение не так уже велико. Например, при протяженности воздушной линии в 10 км и с напряжением в 10 кВ емкостный ток равен 0,3 А. Тем не менее такие сети оборудуются автоматическим контролем изоляции. Последний срабатывает при уменьшении сопротивления обмотки на фазе ниже установленной величины.

Чтобы предупредить появление перемежающиеся дуг, изолированная нейтраль трансформатора подключается через дугогасящий реактор.

Организация сетей с напряжением в 3–35 кВ с изолированной нейтралью обусловлена возможность продолжить работу электроприемников в течение 1–2 часов. Однако линии остаются опасными для человека.

Как не следует выполнять заземление.

Провод заземления не должен идти через выключатель (рис. 12). Он может быть случайно выключен, и заземление окажется неработающим. Также недопустимо подключать заземление через предохранитель.

На рис. 13 показано, что может произойти, если заземление выполнено как ответвление нулевого рабочего провода. Если нулевой провод будет оборван или отгорит до такого ответвления

, заземлённый таким образом объект окажется под напряжением.

А как быть, если нет отдельного заземляющего провода (в старых сетях)? Пособие Найфельда приводит как правильный вариант заземления, как на рисунке 13-1. То есть заземление (правильнее его будет назвать защитным занулением) взято с общего нулевого рабочего провода . Однако если и он отгорит, опять же корпус окажется под напряжением. Тем не менее, как я понимаю (не уверен, что я прав), такое решение соответствует современным правилам (Нормы устройства сетей заземления 7.21, 10.10.10, сами почитайте). Допустим, вы купили люстру с зажимом для заземляющего провода, а в вашей старой квартире из потолка заземляющий провод не торчит. 7.21 и 10.10.10 запрещают заземлять (занулять) люстру от нулевого рабочего провода. Согласно правилам вы должны протянуть провод заземления (или нулевой защитный провод) от ответвительной коробки, щитка, где (при отсутствии заземляющего провода) вы можете запитать его от нулевого рабочего провода. Кто не хочет этого делать, может оправдаться тем, что «Нормы распространяются на все вновь сооружаемые и реконструируемые электроустановки» (ПУЭ 1.1.1 , Нормы устройства сетей заземления 1.1) и не занулять люстру.

Обычно нулевой рабочий и заземляющий провод ответвляются от общего провода (PEN-проводника) в элеткрощитах (щитках, шкафах). Запрещено электрически соединять нулевой рабочий и заземляющий провода после того, как они разветвились от общего провода (рис. 13-2). (ПУЭ 1.7.135.) Почему?

Потому, что тогда рабочий ток (как и ток короткого замыкания, если таковое случится) пойдёт не только через нулевой рабочий, но и через заземляющий провод. Если корпуса элекрооорудования соединены с землёй, какой — то ток, возможно, ничтожно малый, пойдёт через них на землю (рис. 13-0-3). Корпуса оборудования могут оказаться под напряжением (возможно, ничтожно малым, а возможно, и заметным). Допустим, что в такой ситуации у нас вышел из строя (отгорел, оборвался) либо нулевой рабочий, либо заземляющий провод (провода нередко отгорают в местах соединений). Возможно, мы об этом даже не узнаем, потому что вместо вышедшего из строя у нас станет работать оставшийся провод. Кто-то может подумать, что это хорошо.

Но что произойдёт, если впоследствии выйдет из строя оставшийся провод? Сначала рассмотрим другой случай. Допустим, нуль и заземление не связаны, и отгорел нулевой провод. (Рис. 13-0-1) Кстати, поскольку через них идёт рабочая нагрузка, нулевые провода отгорают гораздо чаще, чем заземляющие.

В сети возникнет так называемый «перекос фаз» — неравномерность фазного напряжения, пропорциональная неравномерности нагрузки. (Неравномерность нагрузки — это когда суммарные мощности потребителей, запитанных от разных фаз, отличаются друг от друга). Однофазное оборудование (например, светильники) может оказаться либо под очень высоким, либо очень низким напряжением и выйти из строя. Трёхфазное оборудование также может выйти из строя из-за неравномерного напряжения.

Теперь рассмотрим случай, когда ноль и заземление связаны перемычкой, и оба они отгорели. (Рис. 13-0-2) Найдите отличия от предыдущего рисунка. Мы имеем ещё одно «удовольствие». Корпуса оборудования окажутся под напряженем (через нагрузку). Величина этого напряжения будет зависеть от неравномерности нагрузки. Наибольшим напряжение будет, если в такой ситуации окажется однофазный участок сети, например, квартира. Это если у нас нет короткого замыкания (на корпус или на нулевой провод).

А если произойдёт короткое замыкание, из-за которого отгорит один из проводов (нулевой или заземляющий), а другой провод уже отгорел ранее, или они оба отгорят? Тогда корпуса у нас окажутся под фазным напряжением (220 в), а однофазное оборудование, запитанное от двух из трёх фаз, окажется под линейным напряжением (380 в). Смотрите рисунок 13-0 .

Многие посетители этой страницы жалуются на напряжение на заземляющем проводе. Уточню: напряжение между заземляющим проводом и потенциалом Земли, который могут иметь, например, трубы водопровода или отопления. Это напряжение может показать емкостной индикатор напряжения — отвёртка.

Одну из возможных причин этого — перемычку между нулевым рабочим и заземляющим проводом я описал выше. Другая причина — использование заземляющего провода в качестве нулевого рабочего, возможно, в сочетании с обрывом заземляющего провода или плохим контактом его соединения. Если же на заземляющем проводе все 220 вольт —
дело опасное, не касайтесь корпусов
— вероятен обрыв (отгорание) заземляющего провода в сочетании с замыканием фазы на него или на корпус. Ещё одну причину опишу подробнее. Как известно, любой проводник обладает сопротивлением. При прохождении тока по нему в нём происходит падение напряжения, пропорциональное доле сопротивления проводника в общем сопротивлении цепи. Это падение можно измерить, соединив вольтметр с двумя концами проводника. Если сопротивление проводника малое (например, это относительно толстый и короткий кабель), то и падение напряжения малое. Если же оно большое (например, это длинный и тонкий провод воздушной линии), то и падение большое. Вот в сетях, запитанных от воздушных линий и бывает нередко такая ситуация. Посмотрите на рис. 13-0-4 Допустим, до разветвления общий нулевой (заземляющий) провод (PEN — проводник) идёт от подстанции алюминиевым проводом по столбам через пять улиц. Сопротивление этого провода относительно велико. Как следствие, возможен и перекос фаз и напряжение на заземляющем проводе и заземлённых корпусах.
Кстати, сопротивление фазных проводов воздушной линии будет столь же велико, ведь они идут по тем же столбам, и, как правило, имеют такую же толщину
Тут может помочь более равномерное распределение нагрузки по фазам, а также дополнительное (повторное) заземление. ПУЭ (1.7.102) предписывает делать его на концах воздушных линий и ответвлений от них длиной больше 200 метров.

Что будет, если перепутать нулевой рабочий и заземляющий провода

Я выше писал, что на нулевом рабочем проводе может быть напряжение. Это напряжение окажется на вашем корпусе. Рабочий же ток пойдёт через заземляющий провод, что создаст (возможно, ничтожно малое) напряжение на нём и корпусах, заземлённых правильно. Также увеличится вероятность отгорания заземляющего провода. Если он отгорит, нод напряжением окажутся корпуса, заземлённые правильно.

Вот ещё пример последствий неправильного заземления (рис. 13-3). Левый светильник заземлён (неправильно) от нулевого рабочего провода, правый — от заземляющего. Допустим, у нас отгорел нулевой магистральный провод. Тогда у нас ток пойдёт следующим образом: от фазы через лампы на нулевой провод, далее через неправильное заземление первого светильника на его корпус, затем по цепи, на которой висит светильник, по балке, снова по цепи на корпус второго светильника и далее в заземляющий провод. Свет будет гореть. Но если вы пошевелите цепи, на которых висят светильники, они заискрят, да ещё током вас долбанёт. Такая ситуация мне встречалась часто.

Заземление не должно выполняться последовательно.

Значения некоторых терминов

Значения терминов подробно разъяснены в ПУЭ и Нормах устройства сетей заземления
Что означают термины «система заземления TT, TN, IT» и т. д.? Если первая буква в этих сокращениях «T» (от слова «terra» — земля), то это система с заземлённой нейтралью, если «I», то с изолированной нейтралью. Если вторая буква «T» (например, «TT»), то открытые проводящие части (например, корпуса) заземлены, но не присоединены к нейтрали. Если вторая буква «N», то открытые проводящие части присоединены к глухозаземлённой нейтрали. Третья и последующие буквы, если они есть (например, «TN-S») означают, разделены или совмещены в одном проводе нулевой рабочий и нулевой защитный (то бишь заземляющий) проводники. Если третья буква «S» (от слова «separate» — отдельный), то каждый из этих проводников идёт отдельным проводом по всей системе. Если «C» («common» — общий), то они совмещены в одном проводе. Если «C-S» (например, «TN-C-S»), то общий (нулевой рабочий и заземляющий) провод затем разветвляется.

Что означают термины «N-проводник, PE-проводник, PEN-проводник»? N — нулевой рабочий; PE — нулевой защитный (заземляющий); PEN — совмещённый нулевой рабочий и защитный.

Недостатки

Это считается аварийным режимом, и он не предполагает длительной работы оборудования. Такой режим имеет следующие недостатки:

• Обнаружить неисправный участок довольно непросто;
• Изоляция электроприборов должна быть рассчитана на пробой от линейного напряжения;
• При продолжительном замыкании увеличивается вероятность поражения обслуживающего персонала электричеством;
• Вследствие постоянного воздействия дуговых перенапряжений и постоянного накопления дефектов, снижается срок службы изоляции;
• Из-за появления дуговых перенапряжений возникают повреждения изоляции в разных местах;
• Однофазное замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью затрудняет работу релейной защиты;
• Возможное появление дуги малых токов в месте однофазного замыкания на землю.

Большое количество недостатков существенно снижает применение такой схемы в сетях до 1 000 В. Более широкое распространение такая система получила в высоковольтных сетях.

Что такое и для чего нужно уравнивание потенциалов?

Если между двумя точками имеется разность потенциалов (напряжение) и проводящая среда (например, тело человека), то между ними побежит ток. Ток может вызвать поражение человека, искрение, которое приведёт к пожару и другие вредные последствия. Чтобы этого избежать, выполняется уравнивание потенциалов: части оборудования, зданий и сооружений либо соединяются специальным проводником, либо сами их проводящие ток конструкции надёжно соединяются между собой. Также они соединяются с заземляющим (зануляющим) проводом. Уравнивание потенциалов считается мерой, дополнительной к заземлению. Как и в каких случаях его выполнять, об этом написано в Нормах устройства сетей заземления (10-11-40, 10-12-3 и другие разделы).

Читайте Найфельда, ПУЭ, а также Нормы устройства сетей заземления. Там всё точнее и подробнее.

В частности, в ПУЭ 7-го издания написано:
• 1.7.101 Каким должно быть сопротивление заземляющего устройства
• 1.7.102 О повторном заземлении воздушных линий>
• 1.7.109 Что может быть использовано в качестве естественных заземлителей.
• 1.7.110 Что нельзя использовать в качестве естественных заземлителей.
• 1.7.113 и 1.7.117 Сечения заземляющих проводников в электроустановках напряжением до 1 кВ
• 1.7.119 и 1.7.120 Главная заземляющая шина
• 1.7.121 — 130 Нормы, регламентирующие заземляющие проводники (PE-проводники)
• 1.7.121 — 131-135 Нормы, регламентирующие PEN-проводники
• 1.7.142. Присоединения заземляющих проводников

Среди прочего, в Нормах устройства сетей заземления написано:
• 1.3.1.1 Основное правило устройства электроустановок
• 1.3.1. Заземление электрооборудования, установленного на опорах ВЛ
• 1.4. Использование естественных заземляющих устройств
• 1.5. Объединение заземляющих устройств
• 1.11. Применение УЗО-Д в качестве дополнительной защиты в электроустановках до 1 кВ
• глава 2 Как выполняется выравнивание потенциалов.
• 2.6.1 Что подлежит заземлению или занулению
• 2.7.1 Что не требуется заземлять или занулять
• глава 5 электроустановки напряжением до 1 кв сети с заземлённой нейтралью (система TN)
• 5.18 — 5.20 Заземление воздушных линий
• 7.1 — 7.6 Что может быть использовано в качестве заземляющих и совмещённых проводников
• 7.7 Необходимость заземления несущих тросов, брони кабелей и металлорукавов
• 8.1 Естественные заземлители
• 8.10 Искусственные заземлители
• 8.25. Соединение частей заземлителя, соединение заземлителей с заземляющими проводниками
• 10.1.2. Заземление трансформаторов тока
• 10.2 Заземление кабелей
• 10.3 Заземление воздушных линий
• 10.4 Заземление электрических машин
• 10.5 Заземление отдельных аппаратов, щитов, шкафов, ящиков с электрооборудованием
• 10.5.4. К одному зануляющему болту (винту) запрещается присоединять более двух кабельных наконечников
• 10.9 Заземление переносных электроприёмников
• 10.10 Электрическое освещение
• 10.10.4 В групповых линиях, питающих светильники общего освещения и штепсельные розетки, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать под общий контактный зажим
• 10.11 Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий
• 10.11.14. В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами.
• 10-11-24 до 10-11-39 УЗО в зданиях
• 10-11-40 система выравнивания потенциалов в зданиях
• 10-12 Помещения, содержащие ванну или душ
• 10-13 Помещения, содержащие нагреватели для саун
• 10-18 Молниезащита

Часто задают вопросы:

Почему нулевой провод тоньше фазных?

Нулевой провод делается тоньше фазных, потому что ток, который по нему протекает, меньше тока, протекающего по фазным проводам.

Если нагрузка по фазам в сети распределена (строго) равномерно, токи в ней бегут от фазных проводов к другим фазным проводам. Падение напряжение в сети будет таким, что на нулевой шине окажется потенциал нейтрали и ток в нулевом проводе будет равен нулю. При неравномерности нагрузок в нулевом проводе появляется ток. Он тем больше, чем больше неравномерность.

Зачем нужен нулевой провод?

О том, что нулевой и заземляющий проводники обычно идут от подстанции одним проводом, и зачем нужен заземляющий провод, я писал выше. Теперь о функции нулевого рабочего провода. Он нужен, чтобы не было «перекоса фаз», который я описал выше. Хотя электрики и стремятся добиться равномерности нагрузки (например, подключая равное количество квартир к каждой фазе), неравномерность всё равно имеет место быть. Вы щёлкнули выключателем — и уже изменили соотношение нагрузок. Почему же когда есть нулевой провод, «перекоса фаз» не наблюдается? Во первых, когда к нулевому проводу подключено множество потребителей, неравномерность нагрузки проявляется в гораздо меньшей степени. Когда вы включаете телевизор, чтобы посмотреть футбол, есть вероятность, что и соседи ваши, которые «сидят» на других фазах, тоже включают свои телевизоры. Во вторых, нулевой провод соединён с нейтралью. Нейтраль — это такая точка во вторичной обмотке трансформатора, к которой присоединены одним концом три одинаковых симметричных обмотки. Другим концом они присоединены к фазным проводам. Предположим, нагрузка по фазам распределена равномерно. И вдруг в какой-то фазе она увеличивается.

Будет происходить следущее:

• Сопротивление нагрузки на этой фазе уменьшится.
• Падение напряжения на нагрузке уменьшится, а стало быть
• Напряжение между этой фазой и нулём должно уменьшиться, но
• Возрастёт ток в нагрузке, а стало быть
• Возрастёт ток в соответствующей трети вторичной обмотки
• Магнитное поле вторичной обмотки усилится
• Это магнитное поле направлено так, что оно уменьшает индуктивное сопротивление соответствующего сектора первичной обмотки, и поэтому
• Это индуктивное сопротивление ещё уменьшится
• В первичной обмотке (в соответствующей её трети) возрастёт ток, а стало быть
• Усилится её магнитное поле
• Это магнитное поле будет создавать большее напряжение в соответствующем секторе вторичной обмотки, и поэтому
• Напряжение между данным фазным проводом (фазой) и нейтралью (нулём) останется стабильным

Так достигается равномерность фазных напряжений.

Зачем заземлять нейтраль

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

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

Обеспечение безопасности людей

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

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

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

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

Поддержание качества подаваемой электроэнергии

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

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

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

Бытовой номинал напряжения

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

Почему отгорает нулевой провод?

Потому что ток через него идёт. Отгорает он обычно в местах некачественно сделанных соединений. Если сопротивление соединения велико, на нём начинает выделяться тепло. От тепла соединение окисляется, сопротивление его ещё больше увеличивается, оно греется ещё сильнее. Если процесс пошёл, рано или поздно провод отгорит. Запомните нехитрую премудрость: чем больше площадь контакта, тем соединение надёжнее. И если скрутка длиной 1 см. отгорит через месяц, 2 см. — через год, то длиной 5 см. и длиннее будет служить (может быть) вечно. Сделайте скрутку подлиннее, вам чё, провода, чтоли, жалко?
Для надёжности можно ещё накрутить на скрутку кусочек неизолированного провода. Ещё лучше пропаять или сварить скрутку.
Сейчас в ходу специальные колпачки, накручиваемые на соединения — «СИЗы». Сами по себе они только увеличивают надёжность соединения, но в то, что достаточно накрутить СИЗ, и надёжность обеспечена, я не верю.
Тщательно зачищайте соединяемые поверхности (напильником, ножом), но не наждачной бумагой (её зёрна могут ухудшить качество соединения). Когда делаете петлю провода под болтовое (винтовое) соединение, шваркните её несколько раз напильником (надфилем), чтобы площадь контакта больше была. Затяните винт или болт до упора, через них ток пойдёт. Позаботьтесь, чтоб соединение не ослабло со временем. Используйте хорошую, не ржавую и не окисленную шайбу, а также шайбу Гровера. Не соединяйте непосредственно медные и алюминиевые провода, используйте для этого (стальные) зажимы. Наверх

Об ошибках сообщайте по электронной почте

На домашнюю страницу