Чем отличаются эффективно заземленная нейтраль от глухозаземленной. режимы работы нейтралей в электроустановках

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

7.4. Сеть с эффективно заземленной нейтралью

Сеть с эффективно заземленной нейтралью является частным слу­чаем сети с глухозаземленной нейтралью. Электрическая сеть с эффек­тивно заземленной нейтралью — трехфазная электрическая сеть напря­жением выше 1000 В, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Под К3 понимают отношение

где Uф.з — фазное напряжение неповрежденной фазы при замыкании на землю.

Сети напряжением 110 кВ и выше выполняются с эффективным за­землением нейтрали по соображениям стоимости изоляции, так как в таких сетях при замыкании на землю одной фазы напряжение на двух, других не превышает 0,8 номинального междуфазного напряжения. Это означает, что изоляцию рассчитывают на это напряжение, а не на полное между фазное напряжение в случае изолированной или компен­сированной нейтрали.

При эффективном заземлении нейтрали замыкание фазы на землю является, по существу, однофазным коротким замыканием, которое требует немедленного отключения. Тяжелым аварийным режимом яв­ляется также двух- или трехфазное короткое замыкание на землю. Од­нако при таких КЗ напряжения на неповрежденных фазах, а также токи КЗ оказываются меньшими, чем при однофазных замыканиях на зем­лю. Поэтому двух- и трехфазное короткое замыкание на землю не рас­сматривается.

Значительная часть однофазных замыканий в сетях 110 кВ и выше при снятии напряжения самоустраняется, поэтому автоматическое по­вторное включение восстанавливает питание потребителей.

Обычно в электрических сетях с эффективно заземленной нейтра­лью для ограничения тока однофазного КЗ заземляют нейтрали не всех, а лишь части силовых трансформаторов. Например, из двух уста­новленных на подстанции трансформаторов нейтраль заземляют толь­ко у одного. Для этой же цели в некоторых случаях нейтрали транс­форматоров заземляют через дополнительное активное или реактивное сопротивление.

Основным преимуществом такого заземления нейтрали, в особен­ности для сетей напряжением 110 кВ и более, является ограничение напряжений, возникающих в неповрежденных фазах при замыканиях на землю в сети. Следовательно, изоляцию таких сетей можно рассчи­тывать на меньшую кратность перенапряжений. Некоторое значение имеет также возможность применения в сетях с эффективным заземлением нейтрали относительно простых устройств релейной защиты от замыканий на землю.

К недостаткам таких сетей по сравнению с сетями, в которых обес­печивается режим изолированной нейтрали, относятся более тяжелые последствия однофазных замыканий на землю (необходимость их немедленного отключения и т.д.), а также более высокая электроопасность для обслуживающего персонала, пожаро- и взрывоопасность. Кроме того, реализация режима эффективного заземления нейтрали, которое должно быть рассчитано на больший ток КЗ, требует сущест­венного усложнения системы заземления на подстанциях.

Основными областями применения эффективного заземления ней-! трели следует считать сети с номинальными напряжениями 110 кВ и более, а также сети напряжением до 1000 В при условии отсутствия в них установок с повышенной электро-, пожаро- и взрывоопасностью.

Следует отметить, что в последние годы эффективное заземление нейтрали получает распространение и в городских сетях. В этом слу­чае, если сеть имеет К3 < 1,0, при замыкании на землю перенапряже­ния не возникают и изоляция фаз по отношению к земле выбирается по фазному, а не по линейному напряжению. Благодаря этому сеть с на­пряжением 6 кВ может эксплуатироваться с напряжением 10 кВ. В ре­зультате мощность, передаваемая по сети, увеличивается в раз без замены токоведущих частей и изоляции, в том числе без замены кабелей.

Система IT

Применяется с трансформаторами с изолированной нейтралью. Обычно она соединяется с заземлением через разрядник, обладающий высоким сопротивлением при низком напряжении и низким при повышении напряжения выше допустимого предела. Это защищает потребителей от попадания первичного напряжения во вторичную обмотку.

В этой питающей сети отсутствует нулевой провод N, заземляющий РЕ и однофазное напряжение как таковое. Потребители подключаются на линейное напряжение 380 Вольт.

Данная система используется только с двух- и трёхфазными установками. Металлический корпус электрооборудования и другие токопроводящие элементы соединяются с контуром заземления здания.

Токи короткого замыкания на землю в такой системе незначительные, поэтому использование УЗО или дифференциальных автоматов является обязательным.

Система уравнивания потенциалов

В особоопасных сырых помещениях, таких, как бассейны или сауны, кроме непосредственного заземления корпусов электроприборов, используется система уравнивания потенциалов.

Она заключается в соединении между собой всех металлических частей в помещении — стальных дверей, нержавеющих раковин, водопроводных и канализационных труб и других элементов. Все эти соединённые между собой части подключаются к применяемой системе заземления.

В чём опасность применения зануления вместо заземления

Некоторые электромонтёры предлагают использовать зануление вместо заземления. Это нельзя делать по нескольким причинам:

• Жилые дома подключаются к трёхфазной сети и по нулевому проводу течёт уравнительный ток. Так как этот провод имеет сопротивление, то между занулённым корпусом электроприбора и заземлёнными конструкциями, например водопроводным краном, имеется разность потенциалов. В обычных условиях это неопасно, но при прикосновении к воде или мокрой земле можно получить электрическим током.
• При обрыве нулевого провода и неравномерной нагрузке между нулём и фазой может быть не 220В, а больше, вплоть до 380В. В этом случае между занулённым корпусом электрооборудования и заземлёнными конструкциями появится опасное для жизни напряжение 220В.
• Нулевой и фазный провода подключаются к квартире через двухполюсный автоматический выключатель. При его срабатывании нулевой провод N, используемый в качестве заземляющего проводника, отключается от контура заземления. Это недопустимо по требованиям ПУЭ п1.7.145

К отдельно стоящему зданию может быть подведено не однофазное напряжение 220В, а трёхфазное с тремя фазными и одним нулевым проводами. В этом случае есть возможность переделки защитного зануления в систему заземления TN-C-S.

Принцип работы глухозаземленной нейтрали

Сначала необходимо понять, что является определением понятия глухозаземленная нейтраль. Согласно ПУЭ этот способ предполагает прямое соединение нейтрали трансформатора с заземляющим элементом. В электротехнике такой способ заземления принято называть рабочим. Также необходимо помнить, что в электроустановках, рассчитанных на напряжение 220−380 вольт, сопротивление заземляющих элементов не должно превышать показатель в 4 Ом.

Принцип действия глухозаземленной нейтрали можно продемонстрировать на примере трехпроводной электроцепи, соединяющей источник энергии с жилым домом. При ее создании нейтраль просто распределяется по щитку, и к ней подключаются все заземляющие контуры потребителей. Такая цепь не предполагает наличия различных устройств, которые могут нарушить ее единство.

Если предположить, что по причине частых вибраций в холодильнике от места крепления отсоединился фазный проводник и вступил в контакт с корпусом, то такая ситуация является аварийной. Все это приводит к появлению короткого замыкания и стремительному увеличению силы тока. Однако автоматический выключатель быстро справляется с поставленной задачей и размыкает цепь. Если человек случайно дотронется до провода, то поражения током не произойдет, ведь сопротивление R0 будет меньше в сравнении с возникающим при прохождении через человеческое тело.

Плюсы и минусы способа

Глухозаземленная нейтраль имеет больше преимуществ и меньше недостатков в сравнении с изолированной. Среди преимуществ можно отметить:

• Появляется возможность использовать оборудование с таким уровнем изоляции, который был изначально запланирован.
• Отпадает необходимость в использовании специальных защитных схем.
• Эффективно справляется с подавлением перенапряжения.

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-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.

Классификация систем заземления по ПУЭ

Описанная выше схема заземления носит обозначение TN-C. Проводник, соединяющий глухозаземленную нейтраль с потребителями, носит название совмещенного, так как служит и для передачи тока нагрузки, так и для связи корпусов электрооборудования с контуром заземления. Носит он сокращенное обозначение PEN.

На этой универсальности и вырисовывается главный недостаток такой системы. При прохождении нулевого тока нагрузки на протяжении PEN-проводника образуется разность потенциалов. Особенно это сказывается при несимметричной нагрузке фаз. Итог: потенциал на корпусах электрооборудования может отличаться от потенциала земли.

В электроустановках, особенно старых, теоретически возможны обрывы PEN-проводника. При этом на нем относительно земли может оказаться потенциал фазного напряжения. Этот режим представляет угрозу жизни людей.

Возникают технические сложности и с заземлением корпусов бытовых электроприборов, подключенных к системе TN-C.

Для устранения этих недостатков применяется система TN-S. В ней функции защиты и коммутации рабочего тока разделены между двумя нулевыми проводниками. Рабочий ток проводит нулевой рабочий проводник – N, а нулевой защитный PE служит для соединения корпусов с контуром заземления.

Разделение PEN на N и РЕ происходит непосредственно на подстанции, где заземлена нейтраль. Но при модернизации и реконструкции электроустановок это можно сделать в любом распределительном устройстве. При этом вся схема в целом имеет название TN-C-S. В месте разделения требуется наличие контура повторного заземления.

Сети с изолированной нейтралью по ПУЭ обозначаются IT. Она не имеет проводников для связи с контуром заземления питающей подстанции. У потребителя устраивается свой контур заземления.

Существует система ТТ, также имеющая глухозаземленную нейтраль. В отличие от систем TN она имеет только нулевой рабочий проводник. Нулевой защитный к потребителю приходит от собственного заземляющего устройства.

https://youtube.com/watch?v=3Z3D1I6WHh8

Механизм действия

В соответствии с Правилами этим термином называют электрическое соединение нейтрали генератора (трансформатора) с устройством заземления. К примеру, трехпроводная сеть прокладывается от источника питания в жилой дом. Нейтраль через шкаф ввода распределяется по щиткам. К ней подключаются контуры заземления потребителей. В этих цепях недопустим монтаж плавких предохранителей, иного устройства, способного нарушить целостность цепи.

Рабочий ноль – это другой проводник. Между ним и третьим проводом возникает напряжение фазы, которое используется стиральными машинами, микроволновыми печами и другим оборудованием.

Пример аварийной ситуации. Под воздействием вибрации внутри техники отсоединился от штатного места крепления фазный провод, произошло его прикосновение к металлическому корпусу. Возникнет короткое замыкание, резко возрастет сила тока. Автоматический выключатель или плавкая вставка выполнит свою функцию, питание будет отключено.

Сопротивление R0 будет меньше, чем по пути прохождения тока через тело человека, случайно дотронувшегося до фазного провода, что исключает поражение током (рис. ниже). На этой схеме представлен вариант заземления нейтрали генератора.

Схема глухозаземленной нейтрали

Чтобы такая схема сработала быстро и эффективно, необходимо соблюдать положения норм Правил. В соответствии с ними должна создаваться качественная защищенная сеть.

В сетях выше 1000 В

В настоящее время изолированная нейтраль чаще всего используется в сетях со средним классом напряжения (1-35 кВ). Для сети 110 кВ и выше – глухозаземленная. В связи с тем, что при КЗ на землю напряжение, как было сказано, возрастает до линейного, так в ЛЭП 110 кВ фазное напряжение (между землёй и фазным проводом) – 63,5 кВ

При КЗ на землю это особенно важно, и позволяет снизить расходы на изоляционные материалы

Кстати в КТП с высшим напряжением до 35 кВ первичные обмотки трансформаторов соединяются в треугольник, где нейтрали нет как таковой.

Низкие токи КЗ и возможность работать при однофазных КЗ на ВЛ – в распределительных сетях особенно важны и позволяют организовать бесперебойное электроснабжение. При этом угол сдвига между оставшимися в работе фазами остаётся неизменным — в 120˚.

При напряжениях в тысячи вольт емкостной проводимостью фаз пренебречь нельзя. Поэтому касание проводов ВЛЭП опасно для жизни человека. В нормальном режиме токи в фазах источника определяются суммой нагрузок и емкостных токов относительно земли, при этом сумма емкостных токов равна нулю и ток в земле не проходит.

Если опустить некоторые подробности, чтобы изложить языком, понятным для начинающих, то при КЗ на землю напряжение относительно земли поврежденной фазы приближается к нулю. Так как напряжения двух других фаз увеличиваются до линейных значений их емкостные токи увеличиваются в √3 (1,73) раз. В результате емкостный ток однофазного КЗ оказывается в 3 раза большим нормального. Например, для ВЛЭП 10 кВ длиной 10 км емкостный ток равен примерно 0,3 А. При замыкании фазы на землю через дугу в результате различных явлений возникают опасные перенапряжения до 2-4U_ф, что приводит к пробою изоляции и междуфазному КЗ.

Для исключения возможности возникновения дуг и устранения возможных последствий нейтраль соединяют с землёй через дугогасящих реактор. Его индуктивность при этом подбирают согласно ёмкости в месте КЗ на землю, а также чтобы он обеспечивал работу релейной защиты.

Таким образом благодаря реактору:

1. Намного уменьшается I_кз.
2. Дуга становится неустойчивой и быстро гаснет.
3. Замедляется нарастание напряжения после гашения дуги, в результате уменьшается вероятность повторного возникновение дуги и коммутационного тока.
4. Токи обратной последовательности малы, следовательно, их действие на вращающейся ротор генератора не оказывает существенного влияния.

Перечислим плюсы и минусы высоковольтных сетей с изолированной нейтралью.

Преимущества:

1. Какое-то время может работать в аварийном режиме (при КЗ на землю)
2. В местах неисправности появляется незначительный ток, при условии малой емкости тока.

Недостатки:

1. Усложнено обнаружение неисправностей.
2. Необходимость изоляции установок на линейное напряжение.
3. Если замыкание продолжается длительное время, то возможно поражение человека электрическим током, если он попадёт под шаговое напряжение.
4. При 1-фазных КЗ не обеспечивается нормальное функционирование релейной защиты. Величина тока замыкания напрямую зависит от разветвленности цепи.
5. Из-за накапливания дефектов изоляции от воздействия на нее дуговых перенапряжений снижается срок её службы.
6. Повреждения могут возникнуть в нескольких местах из-за пробоя изоляции, как в кабелях, так и в электродвигателях и других частях электроустановки.

Материалы по теме:

• Причины возникновения короткого замыкания
• Как сделать заземление в частном доме
• Чем отличается зануление от заземления

Опубликовано:
18.03.2019
Обновлено: 18.03.2019

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

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.