Сеть с глухозаземленной нейтралью. кабель заземления. заземление электроустановок

Электроустановки и их классификация по требованиям безопасности

Основными факторами, влияющими на степень опасности для жизни человека в электроустановках любого типа являются:

напряжение;
тип заземления нейтрали;
величина замыкаемого на землю тока;
изоляция частей, по которым движется ток;
сопротивление человеческого тела;
сопротивление земли (грунта) в зоне действия электрического тока.

Исходя из этих основных источников, в действующих «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) все установки разделены на четыре категории.

Первую составляют установки с глухозаземленной нейтралью трансформаторов, работающих от 220 кВ и выше, и с эффективно-заземленной нейтралью – установки от 110 до 220 кВ. Эффективно-заземленная нейтраль представляет собой схему, благодаря которой происходит ограничение тока замыкания на землю, она может содержать различные виды сопротивлений (активные, нелинейные и реактивные), а также не заземленную нейтраль.

Во вторую входят установки, где используется изолированная нейтраль или резонансное ее заземление с помощью дугогасящих резисторов и реакторов, работающих в сетях, напряжение которых составляет от 3 до 35 кВ.

Третью представляют электроустановки, использующие сеть с глухозаземленной нейтралью и работающие под напряжением от 110 до 600 В. В этих установках токи замыкания на землю обладают большими величинами.

Четвертая категория состоит из установок с изолированной нейтралью, работающих в сетях до 1 кВ. Такие установки обладают небольшим током замыкания на землю.

Системы TN

Такие конструкции отличаются наличием глухо заземленной нейтрали и подсоединением к ней всех способных проводить электроэнергию элементов сети.

Подключение к нейтрали производят используя нулевые проводники.

Электрошкафы, щиты и корпуса приборов, подключают к проводнику PEN. Выполняется это для создания короткого замыкания, при пробивании проводки на корпус, в результате чего, защитные автоматы обесточивают сеть, идущую на вышедший из строя участок сети, таким образом, предупреждая поражение током людей, находящихся поблизости.

Система с нулевым и расчлененным рабочим проводником

Система TN-S

Система TN-S для безопасности оборудована двумя, а не одним нулевым проводом, один из них служит как защитный провод, а второй используется в качестве нейтрального проводника, подключенного к глухо заземленной нейтрали. Эта конструкция сегодня является самой безопасной, способной эффективно защитить от удара электричеством.

Принцип работы этой конструкции состоит в том, что используют всего одну фазу для подачи рабочего напряжения и ноль.

Разводку производят проводом из трех жил, одна из которых служит как нуль и подключается к вводному проводу.

Система c проводом PEN и двумя нулями

Система TN и TN-C-S

Здесь характерно использование в определенном месте оборудования, соединенного с нулевым проводом, расщепляющимся на два проводника: PE и N, для последующего заземления оборудования.

Для бесперебойной работы, система TN-C-S после места раздвоения, оборудуется еще одним заземлителем.

Простой переход на нее во время ремонта старых домов.
Простая конструкция защиты от молнии.
Возможность создания защиты проводки простыми автоматами от замыкания.

Риск перегорания нулевого провода вне здания, что грозит пробоем корпусов из металла электротоком.
Нужда в использовании оборудования для уравнивания потенциалов.
Сложность в создании действенной защиты внегородской черты.

Для частных, хозяйственных строений, ПУЭ советуют использовать совершенно другую систему — TT.

Общее назначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Нейтраль – это общая, нулевая точка соединение проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах. На текущий момент существует 4 основных разновидности присоединения нулевой точки:

Изолированная. Этот тип характеризуется отсутствием нейтрали. Основной схемой соединения для представленной сети является треугольник. При однофазных замыканиях на землю на рабочих фазах не чувствуют изменений в энергопотреблении. Подобная разновидность применяется в распределительных сетях 6-35 кВ.
Резонансно-заземленная. Указанный вариант предполагает использование заземления нулевой точки обмоток трансформатора или генератора через дугогасящие катушки или реакторы (ДГК, ДГР). Наличие специализированного оборудования компенсирует повышающийся уровень тока, позволяя избежать более сложных, межфазных повреждений.
Глухозаземленная. Самый распространенный тип нейтрали, который используется в сетях бытового потребления. Обмотка трансформаторов по низкой стороне выполняется соединением разомкнутая звезда, а нулевая точка заземляется через контур заземления трансформатора или трансформаторной подстанции. При повреждениях на линии или возникновении однофазного замыкания создается потенциал относительно земли, что приводит в действие защиту, отключающую линию.
Эффективно-заземленная. Разновидность заземленной нейтрали, которая используется в высоковольтных сетях 110 кВ и выше. Нулевая точка силовых трансформаторов и потенциал замыкания выносится на землю. Для повышения эффективности работы защит используется дополнительное оборудование заземлитель нейтрали одноколонковый (ЗОН). Положение коммутационного аппарата определяется режимными указаниями. Для распределительных сетей 6-35 кВ используется заземление через низкоомный резистор.

Защита людей от поражения током в сети с глухозаземленной нейтралью

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

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

Поражение людей электрическим током возможно при случаях:

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

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

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

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

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

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

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима.

Есть два случая высокоомного заземления:

Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

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:

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 ТТ
Изолированная нейтраль (принятое обозначение IT), схема системы была представлена выше на рис. 6.
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-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-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-S

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.

Требования ПУЭ

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

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

Глухозаземленная нейтраль

Коэффициенты спроса kc и коэффициенты мощности cos p.

Система с глухозаземленной нейтралью — система, в которой нулевая точка трансформатора ( нейтраль) присоединена непосредственно к заземляющему устройству.

В сетях с глухозаземленной нейтралью защиту следует предусматривать на трех фазах.

В сетях с глухозаземленной нейтралью применять только одно защитное заземление нельзя, так как в этом случае не будут выполнены перечисленные выше требования.

В сетях с глухозаземленной нейтралью металлические оттяжки опор присоединяют к нулевому заземленному проводу.

В сетях с глухозаземленной нейтралью при соединении провода с землей сгорает предохранитель или срабатывает автоматический выключатель, при этом электроснабжение нарушается, а при сгорании предохранителя могут повредиться обмотки двигателей при работе на двух фазах.

В сетях с глухозаземленной нейтралью такая проверка является обязательной, так как неотключение однофазных коротких замыканий на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью опасно с точки зрения поражения людей электрическим током.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на заземленные части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с наименьшим временем отключения.

В сетях с глухозаземленной нейтралью: при вводе в светильник кабеля, изолированных проводов в трубе, метал-лорукава или при скрытой проводке без труб — ответвлением от нулевого рабочего провода внутри светильника; при вводе в светильник открытых проводов — изолированным проводом, присоединенным к заземляющему винту корпуса светильника и к рабочему нулевому проводу у ближайшей к светильнику неподвижной опоры или коробки; при этом свободно подвешенный провод должен быть гибким.

В сети с глухозаземленной нейтралью в качестве защитной меры применяют соединение корпусов электрооборудования с нейтралью источника питания ( зануление), что обеспечивает быстрое отключение поврежденной установки или участка сети максимальной токовой защитой вследствие однофазного короткого замыкания.

В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зависит от сопротивления заземления и при его уменьшении ток возрастает. Поэтому защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380 / 220 В в случае замыкания какой-либо фазы на корпус при наличии защитного зануления возникает однофазное короткое замыкание, которое вызывает срабатывание максимальной токовой защиты и отключение поврежденного участка сети. При расчете зануляющих проводов необходимо учитывать, что сила тока однофазного замыкания должна быть больше номинальной силы тока ближайшего защитного аппарата.

Замыкание в трансформаторе с заземлением нейтрали со стороны низшего напряжения.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на корпус необходимо обеспечить автоматическое отключение поврежденного участка.

Оборудование и средства для измерения сопротивления заземления

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

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

Конструкция сетей с глухозаземленной нейтралью

Трансформаторы и генераторы, применяемые для этих электроустановок, имеют три фазных силовых вывода и один нейтральный (нулевой). Напряжение между фазными выводами называют линейным, а между любым фазным и нулевым выводом – фазным. Линейное напряжение определяет номинальное напряжение всей электроустановки. Оно может принимать стандартные значения 220 В, 380 В и 660 В. Линейное напряжение в бытовых сетях – 380 В.

Фазное напряжение меньше линейного в √3 раз, что соответствует 127, 220 и 380 В. При линейном 380 В фазное равно 220 В.

Таким образом, сеть 380 В с заземленной нейтралью пригодна для питания трехфазных потребителей на напряжение 380 В и однофазных на напряжение 220 В. Однофазные нагрузки подключаются между фазными и нулевыми проводниками и равномерно распределяются по фазам.

Подстанция, на которой установлен силовой трансформатор, имеет контур заземления: определенным образом соединенные между собой стальные или медные детали, заглубленные в грунт. Геометрические размеры контура заземления рассчитывают так, чтобы они эффективно способствовали растеканию по земле тока однофазного замыкания. Способность заземляющего устройства проводить этот ток количественно оценивается его сопротивлением растеканию. Допустимые значения этого параметра регламентированы ПУЭ. Для трансформаторных подстанций сопротивление контура заземления не должно превышать 4 Ом при номинальном напряжении 380 В.

Выводы от контура заземления на подстанции присоединяются к нулевой шине – металлической полосе распределительного устройства, к которой подключается и проводник от нулевого вывода трансформатора. К этой же шине подключаются соответствующие жилы отходящих кабелей. Фазные жилы подключаются к выводам коммутационных аппаратов: рубильников, автоматических выключателей, контактным площадкам держателей предохранителей.

Кабельные линии, отходящие от подстанции, выполняются четырехжильными кабелями. В электроустановках, построенных ранее, встречаются трехжильные кабели с алюминиевой оболочкой, которая используется в качестве нулевого проводника.

Электроустановки потребителя для ввода питающего напряжения имеют вводное распределительное устройство (ВРУ). Оно также содержит нулевую шину, как и подстанция. К ней подключаются нулевые жилы питающих и отходящих кабельных линий. ВРУ имеет контур повторного заземления, который тоже подключается к нулевой шине.