Что за система с глухозаземленной нейтралью достоинства

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

При проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок, промышленного и бытового электрооборудования, а также электрических сетей освещения, одним из основополагающих факторов обеспечения их функциональности и электробезопасности является точно спроектированное и правильно выполненное заземление. Основные требования к системам заземления содержатся в пункте 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ). В зависимости от того, каким образом, и с каким заземляющими конструкциями, устройствами или предметами соединены соответствующие провода, приборы, корпуса устройств, оборудование или определенные точки сети, различают естественное и искусственное заземление.

Естественными заземлителями являются любые металлические предметы, постоянно находящиеся в земле: сваи, трубы, арматура и другие токопроводящие изделия. Однако, ввиду того, что электрическое сопротивление растеканию в земле электротока и электрических зарядов от таких предметов плохо поддается контролю и прогнозированию, использовать естественное заземление при эксплуатации электрооборудования запрещается. В нормативной документации предусмотрено использование только искусственного заземления, при котором все подключения производятся к специально созданным для этого заземляющим устройствам.

Основным нормируемым показателем, характеризующим, насколько качественно выполнено заземление, является его сопротивление. Здесь контролируется противодействие растеканию тока, поступающего в землю через данное устройство — заземлитель. Величина сопротивления заземления зависит от типа и состояния грунта, а также особенностей конструкции и материалов, из которых изготовлено заземляющее устройство. Определяющим фактором, влияющих на величину сопротивления заземлителя, является площадь непосредственного контакта с землей составляющих его пластин, штырей, труб и других электродов.

Виды систем искусственного заземления

Основным документом, регламентирующим использование различных систем заземления в России, является ПУЭ (пункт 1.7), разработанный в соответствии с принципами, классификацией и способами устройства заземляющих систем, утвержденных специальным протоколом Международной электротехнической комиссии (МЭК). Сокращенные названия систем заземления принято обозначать сочетанием первых букв французских слов: «Terre» — земля, «Neuter» — нейтраль, «Isole» — изолировать, а также английских: «combined» и «separated» — комбинированный и раздельный.

• T — заземление.
• N — подключение к нейтрали.
• I — изолирование.
• C — объединение функций, соединение функционального и защитного нулевых проводов.
• S — раздельное использование во всей сети функционального и защитного нулевых проводов.

В приведенных ниже названиях систем искусственного заземления по первой букве можно судить о способе заземления источника электрической энергии (генератора или трансформатора), по второй – потребителя. Принято различать TN, TT и IT системы заземления. Первая из которых, в свою очередь, используется в трех различных вариантах: TN-C, TN-S, TN-C-S. Для понимания различий и способов устройства перечисленных систем заземления следует рассмотреть каждую из них более детально.

1. Системы с глухозаземлённой нейтралью (системы заземления TN)

Это обозначение систем, в которых для подключения нулевых функциональных и защитных проводников используется общая глухозаземленная нейтраль генератора или понижающего трансформатора. При этом все корпусные электропроводящие детали и экраны потребителей следует подключить к общему нулевому проводнику, соединенному с данной нейтралью. В соответствии с ГОСТ Р50571.2-94 нулевые проводники различного типа также обозначают латинскими буквами:

• N — функциональный «ноль»;
• PE — защитный «ноль»;
• PEN — совмещение функционального и защитного нулевых проводников.

Построенная с использованием глухозаземленной нейтрали, система заземления TN характеризуется подключением функционального «ноля» — проводника N (нейтрали) к контуру заземления, оборудованному рядом с трансформаторной подстанцией. Очевидно, что в данной системе заземление нейтрали посредством специального компенсаторного устройства — дугогасящего реактора не используется. На практике применяются три подвида системы TN: TN-C, TN-S, TN-C-S, которые отличаются друг от друга различными способами подключения нулевых проводников «N» и «PE».

Система заземления TN-C

Система заземления TN-C

Как следует из буквенного обозначения, для системы TN-C характерно объединение функционального и защитного нулевых проводников. Классической TN-C системой является традиционная четырехпроводная схема электроснабжения с тремя фазными и одним нулевым проводом. Основная шина заземления в данном случае – глухозаземленная нейтраль, с которой дополнительными нулевыми проводами необходимо соединить все открытые детали, корпуса и металлические части приборов, способные проводить электрический ток..

Данная система имеет несколько существенных недостатков, главный из которых – утеря защитных функций в случае обрыва или отгорания нулевого провода. При этом на неизолированных поверхностях корпусов приборов и оборудования появится опасное для жизни напряжение. Так как отдельный защитный заземляющий проводник PE в данной системе не используется, все подключенные розетки земли не имеют. Поэтому используемое электрооборудование приходится занулять – соединять корпусные детали с нулевым проводом. .

Если при таком подключении фазный провод коснется корпуса, из-за короткого замыкания сработает автоматический предохранитель, и опасность поражения электрическим током людей или возгорания искрящего оборудования будет устранена быстрым аварийным отключением. Важным ограничением при вынужденном занулении бытовых приборов, о чем следует знать всем проживающим в помещениях, запитанных по системе TN-C, является запрет использования дополнительных контуров уравнивания потенциалов в ванных комнатах.

В настоящее время данная система заземления сохранилась в домах, относящихся к старому жилому фонду, а также применяется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

Система TN-S

Система заземления TN-S

Более прогрессивная и безопасная по сравнению с TN-C система с разделенными рабочим и защитным нолями TN-S была разработана и внедрена в 30-е годы прошлого века. При высоком уровне электробезопасности людей и оборудования это решение имеет один, но достаточно очень существенный недостаток — высокую стоимость. Так как разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля реализовано сразу на подстанции, подача трехфазного напряжения производится по пяти проводам, однофазного — по трем. Для подключения обоих нулевых проводников на стороне источника используется глухозаземленная нейтраль генератора или трансформатора.

В ГОСТ Р50571 и обновленной редакции ПУЭ содержится предписание об устройстве на всем ответственных объектах, а также строящихся и капитально ремонтируемых зданиях энергоснабжения на основе системы TN-S, обеспечивающей высокий уровень электробезопасности. К сожалению, широкому распространению и внедрению системы TN-S препятствует высокий уровень затрат и ориентированность российской энергетики на четырехпроводные схемы трехфазного электроснабжения.

Система TN-C-S

Система заземления TN-C-S

С целью удешевления оптимальной по безопасности, но финансово емкой системы TN-S с разделенными нулевыми проводниками N и PE, было создано решение, позволяющее использовать ее преимущества с меньшим бюджетом, незначительно превышающим расходы на энергоснабжение по системе TN-C. Суть данного способа подключения состоит в том, что с подстанции осуществляется подача электричества с использованием комбинированного нуля «PEN», подключенного к глухозаземленной нейтрали. Который при входе в здание разветвляется на «PE» — ноль защитный, и еще один проводник, исполняющий на стороне потребителя функцию рабочего ноля «N».

Данная система имеет существенный недостаток — в случае повреждения или отгорания провода PEN на участке подстанция — здание, на проводнике PE, а, следовательно, и всех связанных с ним корпусных деталях электроприборов, появится опасное напряжение. Поэтому при использовании системы TN-C-S, которая достаточно распространена, нормативные документы требуют обеспечения специальных мер защиты проводника PEN от повреждения.

Система заземления TT

Система заземления TT

При подаче электроэнергии по традиционной для сельской и загородной местности воздушной линии, в случае использования здесь небезопасной системы TN-C-S трудно обеспечить надлежащую защиту проводника комбинированной земли PEN. Здесь все чаще используется система TT, которая предполагает «глухое» заземление нейтрали источника, и передачу трехфазного напряжения по четырем проводам. Четвертый является функциональным нолем «N». На стороне потребителя выполняется местный, как правило, модульно-штыревой заземлитель, к которому подключаются все проводники защитной земли PE, связанные с корпусными деталями.

Совсем недавно разрешенная к использованию на территории РФ, данная система быстро распространилась в российской глубинке для энергоснабжения частных домовладений. В городской местности TT часто используется при электрификации точек временной торговли и оказания услуг. При таком способе устройства заземления обязательным условием является наличие приборов защитного отключения, а также осуществление технических мер грозозащиты.

2. Системы с изолированной нейтралью

Во всех описанных выше системах нейтраль связана с землей, что делает их достаточно надежными, но не лишенными ряда существенных недостатков. Намного более совершенными и безопасными являются системы, в которых используется абсолютно не связанная с землей изолированная нейтраль, либо заземленная при помощи специальных приборов и устройств с большим сопротивлением. Например, как в системе IT. Такие способы подключения часто используются в медицинских учреждениях для электропитания оборудования жизнеобеспечения, на предприятиях нефтепереработки и энергетики, научных лабораториях с особо чувствительными приборами, и других ответственных объектах.

Система IT

Система заземления IT

Классическая система, основным признаком которой является изолированная нейтраль источника – «I», а также наличие на стороне потребителя контура защитного заземления – «Т». Напряжение от источника к потребителю передается по минимально возможному количеству проводов, а все токопроводящие детали корпусов оборудования потребителя должны быть надежно подключены к заземлителю. Нулевой функциональный проводник N на участке источник – потребитель в архитектуре системы IT отсутствует.

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование. При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное — жизнь человека.

Смотрите также:

• Вебинары с ведущими экспертами отрасли
• Все для расчетов заземления и молниезащиты
• Полезные материалы: статьи, рекомендации, примеры

Глухозаземленная нейтраль — что это? Схема, преимущества

Схема глухозаземленной нейтрали представляет собой электрическое соединение нулевого полного сопротивления выполнено непосредственно между нейтралью и землей.

Так как нейтраль заземлена без токоограничивающего полного сопротивления, ток повреждения Ik1 между фазой и землей, практически, создает короткое замыкание фазы на нейтраль, то есть имеет большое значение.

Отключение производится при первом повреждении изоляции.

Преимущества метода

• Схема глухозаземленной нейтрали идеально подходит для подавления перенапряжений.
• Глухозаземленная нейтраль позволяет использовать оборудование с уровнем изоляции, рассчитанным на фазное напряжение.
• Нет необходимости применять специальную защиту: используются обычные функции защиты от тока перегрузки в фазах для устранения глухих замыканий фазы на землю.

• Использование схемы глухозаземленной нейтрали влечет за собой все недостатки и опасности, связанные с большим током замыкания на землю: возникают максимальные повреждения и помехи.
• Не обеспечивается бесперебойная работа поврежденного отходящего фидера.
• В силу возникновения высокого напряжения прикосновения создается большая опасность для персонала во время действия повреждения.

Защита
Обнаружение замыкания через полное сопротивление производится с помощью функции максимальной токовой защиты от замыканий на землю с выдержкой времени, с регулировкой по номинальному току.
Применение

• Данный способ заземления нейтрали не применяется в европейских воздушных или подземных сетях среднего напряжения, но, напротив, широко используется в северо-американских распределительных сетях. Для этих сетей (имеются ввиду воздушные линии) данный выбор определяется еще и следующими особенностями:
• наличие нулевого провода распределительной системы;
• распределительная система для трех или двух фаз и нейтрали либо для фазы и нейтрали;
• использование нулевого провода как провода защиты с заземлением на каждой опоре.
• Глухозаземленная нейтраль применяется при малой мощности короткого замыкания источника.

• 10.Апр.2015 — Трехфазное короткое замыкание между проводами фазы
• 10.Апр.2015 — Устойчивость оборудования к короткому замыканию КЗ
• 10.Апр.2015 — Компенсации параметров ЛЭП в электрических сетях энергосистемы
• 10.Апр.2015 — ЛЭП98.10 — Типовой проект «Двухцепные железобетонные опоры ВЛ 0,4 кВ с СИП»
• 10.Апр.2015 — Применение УЗО. Схемы правильного и неправильного подключения УЗО

Что за система с глухозаземленной нейтралью достоинства

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

Рис.2. Схемы сетей с глухозаземленной нейтралью:

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

R_a , R_b , R_c – активное сопротивление изоляции фаз относительно земли; U _Л – линейное напряжение; U _Ф – фазное напряжение; I _Ч – ток протекающий через тело человека; R _Ч – сопротивление тела человека; I _К – ток однофазного КЗ.

Основные преимущества четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью:

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

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

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

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

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

где U _ф – фазное напряжение, В.

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

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

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

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

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

Изолированная и глухозаземленная нейтраль

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

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

Изолированная нейтраль

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

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

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

Читайте также:
Инвертор с 24 в 220 вольт

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

Достоинства и недостатки изолированной нейтрали

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

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

Основные недостатки изолированной нейтрали:

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

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

Глухозаземленная нейтраль

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

Читайте также:
Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

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

Особенности глухого заземления

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

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

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

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

Принцип работы и схема генератора переменного тока

Что такое фаза, ноль, земля в электрике и зачем они нужны

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Заземление в частном доме своими руками: схемы, устройство, подключение

УЗИП для частного дома: принцип работы, схема подключения, 1, 2, 3 класса