Что такое эффективно заземленная нейтраль

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 U_ф.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.

Электрические сети с эффективно заземленной нейтралью

Эффективно заземленной нейтралью называется заземленная нейтраль трехфазной электросети с напряжением более 1 кВ, у которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Что это значит? Напряжение между фазой и землей в случае замыкания одной или двух других фазных проводников на землю нужно разделить на напряжение между фазой и землей в данной точке до момента замыкания на землю, и частное не должно оказаться больше 1,4.

Другими словами, если замыкание фазы на землю происходит в трехфазной сети с изолированной нейтралью, то напряжение между остальными фазами и землей возрастает примерно в 1,73 раза, в то же самое время, для сети с эффективно заземленной нейтралью это значение не превышает 1,4.

Данный аспект важен если речь идет о сетях высокого напряжения, где благодаря эффективно заземленной нейтрали нет необходимости увеличивать количество изоляции в оборудовании и в самих сетях, то есть производство сетей и аппаратов, которые будут работать в условиях с эффективно заземленной нейтралью всегда окажется дешевле.

Международная электротехническая комиссия рекомендует сети сверхвысокого и высокого напряжения, с соединенными с землей нейтралями, либо с нейтралями, соединенными с землей через малое активное сопротивление, относить к сетям с эффективно заземленной нейтралью. В частности в России сети напряжением от 110 кВ относятся к сетям с эффективно заземленной нейтралью.

Согласно правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей, для сетей с эффективно заземленной нейтралью регламентировано максимальное сопротивление заземляющего устройства в 0,5 Ом с учетом естественного заземления, причем искусственное заземляющее устройство не должно иметь сопротивление больше 1 Ом. Это касается электроустановок с напряжением от 1 кВ, у которых ток замыкания на землю превышает 500 А.

Данное положение диктуется необходимостью прохождения через устройство больших токов в случае короткого замыкания на землю, когда напряжение сети является сверхвысоким или высоким, и требованием ограничить напряжение между исправными фазами и землей, дабы понизить в условиях аварии опасные превышения шаговых напряжений и напряжений прикосновения, а также выносов потенциалов за пределы подстанции.

Необходимо равномерное распределение потенциалов на территории подстанции, а также исключение возникновения шаговых напряжений на расстоянии от подстанции, что достигается применением устройств выравнивания потенциалов, являющихся обязательной частью заземляющих устройств для эффективно заземляемых нейтралей.

Важные нюансы и требования при выполнении заземляющих устройств для сетей с эффективно заземленными нейтралями привносят трудности в их расчет и возведение, делают эти сооружения материалоемкими, особенно если грунт обладает высоким удельным сопротивлением, как то скальный, каменистый или песчаный грунт. Условия возведения оказываются стесненными.

Безусловно, некоторые так называемые недостатки свойственны сетям с эффективно заземленной нейтралью, и они типичны. Через заземленную нейтраль трансформатора, при коротком замыкании на землю, возникает значительный ток короткого замыкания, и это должно быстро устраняться отключением, благодаря устройствам релейной защиты.

Главным образом короткие замыкания на землю в высоковольтных сетях от 110 кВ самоустраняются, и благодаря устройствам автоматического повторного включения электроснабжение восстанавливается. Для возможности отвода больших токов сооружают контуры заземления, которые получаются, однако, дорогими.

Токи однофазного короткого замыкания на землю, в случае большого количества заземленных трансформаторных нейтралей, могут превышать ток трехфазного замыкания, и, чтобы устранить такое положение вещей, вводят режим частичного разземления трансформаторных нейтралей, для этого часть трансформаторов (110-220 кВ) не заземляют, их нейтрали изолируют, соединяя с разомкнутыми разъединителями. Либо ограничивают ток короткого замыкания трансформатора на землю путем заземления его нейтрали через специальное активное сопротивление.

Для каждого из участков сети путем расчетов находят минимальное количество заземленных нейтралей. Исходя из требований к релейной защите для поддержания токов замыкания на землю на определенном уровне, и с целью обеспечения защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений, выбирают подходящие точки заземления энергосистемы.

Дело в том, что трансформаторы на 110 — 220 кВ, традиционно для наших производителей, отличаются пониженной изоляцией нейтралей, например для трансформаторов на 110 кВ с регулировкой напряжения под нагрузкой, изоляция нейтрали соответствует 35 кВ, поскольку со стороны нейтрали включаются переключающие устройства с классом изоляции 35 кВ. Это же касается и трансформаторов на 220 кВ. Экономический эффект получается значительным.

Такие трансформаторы предназначены для работы в сетях с эффективно заземленной нейтралью, и напряжение при коротком замыкании на землю с таких сетях не превысит трети линейного значения, то есть 42 кВ для 110 кВ.

Для защиты от перенапряжений разземленных нейтралей, для защиты в ненагруженных режимах при неполнофазных включениях или отключениях трансформаторов с изолированными нейтралями, применяют устройства защиты от кратковременных перенапряжений — вентильные разрядники. Нейтрали защищают разрядниками на предельно допустимое напряжение гашения в 50 кВ.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Эффективно заземленная нейтраль: как определяется, преимущества использования, схема

Передача электричества на большие расстояния осуществляется посредством сетей высокого напряжения. При этом каждая сеть дотирована собственными средствами защиты для обеспечения ее безопасной эксплуатации. Величина питающего напряжения определяет схему, по которой заземляется нейтраль. Согласно ПУЭ, в сетях, где напряжение не превышает значения в 0.4 кВ, используются глухозаземленные нейтрали, а для электросетей с напряжением в диапазоне 0.6 – 35 кB предусмотрено использование схем, в которых нейтраль изолириована. Для линий 110 – 1150 кB предусмотрена установка эффективно заземленных нейтралей – ЭЗН. Эти схемы позволяют предотвращать вероятность возникновения перенапряжения в случае возникновения КЗ одной фазы.

Определение схемы, устройство

Схема ЭЗH предназначена для использования в электросетях более 110кB. В случае замыкания одной фазы на землю такая схема представляется в виде однофазного короткого замыкания. Как правило, в местах с повреждением возникают токи большого напряжения. Благодаря срабатыванию защитной системы опасное напряжение отключается. Исходя из этого, эффективно заземленной нейтралью определяется нейтраль, имеющая заземление и включенная в схемы электросетей с подачей трехфазного напряжения, превышающего отметку в 1000B и коэффициент замыкания которого ≤ 1,4. При однофазном замыкании на землю, в фазах, где отсутствуют какие-либо повреждения, происходит увеличение напряжения на величину, которая не превышает значение 1.4.

Для расчетов используется следующая формула:

Если в высоковольтных электросетях используется такая схема заземления, в увеличении изоляции оборудования и самих сетей нет необходимости. К тому же, стоимость эксплуатации и обслуживания ЭЗH является ниже.

Нормативные требования

Согласно регламенту ПУЭ, максимальное значение сопротивления заземления в электросетях, в структуру которых включена эффективно изолированная нейтраль, не должно превышать 0.5 Ом, а уровень сопротивления искусственных заземлителей – не менее 1.0 Ом. Данное правило действительно для электроустановок более 1000B с режимом токов КЗ равными или превышающими 500А.

Схемы глухо заземленной нейтрали и ЭЗH практически аналогичны друг другу. Действие обоих направлено на предупреждение дуговых перенапряжений – токи КЗ уменьшаются искусственным увеличением нулевых последовательностей. С этой целью на подстанциях производится заземление не всех нейтралей трансформаторов, а лишь части из них. Также могут быть применены резисторы.

Результатом таких решений является увеличение напряжения на целых проводниках. Одной из самых серьезных аварий считается короткое замыкание между фазами. В то же время, токи KЗ, как и напряжение, будут иметь меньшую величину, нежели в случае однофазных коротких замыканий. Ввиду этого для проведения расчетных действий используются большие значения, характерные именно для однофазного КЗ.

Главное предназначение эффективно заземленной нейтрали – применение в схемах высоковольтных электросетей с напряжением в 110кB и больше. Также использование данной схемы возможно в сетях, где напряжение не превышает 1000B: на объектах с полным отсутствием каких-либо электрических установок и их монтаж пока не предполагается, где существует риск возникновения пожара или же смонтировано оборудование, которое может выйти из строя или является взрывоопасным.

Иными словами, эффективно заземленная нейтраль используется в электросетях, где напряжение не превышает 1000B, при этом главным условием является отсутствие пожароопасных и взрывоопасных устройств и оборудования.

Наибольшая эффективность применения ЭЗH наблюдается в городских электросетях.

Специфика функционирования подобных электролиний заключается в возможности применения кабеля, рассчитанного на 6 кB, в электросетях, где напряжение составляет 10 кB, а коэффициент замыкания на землю не превышает значения одной единицы. Благодаря этому возможна передача большей мощности, коэффициент которой составляет 1.73, а периодической замены коммутаторов и электрического кабеля не требуется.

Какими достоинствами и недостатками обладает ЭЗH?

В процессе применения эффективно заземленной нейтрали в электросетях свыше 110 кB обеспечиваются следующие преимущества:

• При возникновении коротких замыканий, схемы эффективно заземленных нейтралей обеспечивают стабилизировать их потенциалы, препятствуя возникновению довольно устойчивой заземляющей дуги.
• В случае короткого замыкания изоляция кабеля и электроустройств подвержена меньшему напряжению. Благодаря этому возможно использование изоляционных материалов, которые имеют более малый запас прочности. Следовательно, обеспечивается и экономический эффект путем снижения финансовых затрат на эксплуатацию сетей.
• Возможность установки и использования селективных автоматических устройств защиты с коротким временем реагирования. Так, мгновенное срабатывание защиты предотвращает усугубление возникших неисправностей.

Все же, ЭЗH имеют и некоторые недостатки. Среди них указаны:

• Независимо от времени и интенсивности короткого замыкания, неисправный участок обесточивается полностью. Как правило, в дополнение к комплектации релейных систем электрозащиты идут и автоматические средства повторного включения напряжения. Если отключение электричества было произведено автоматически, возрастает риск нарушений в подаче напряжения бесперебойно. Это, в свою очередь, может негативно сказаться на подключенных к этой сети потребителях и продуктивности их деятельности. Учитывая все эти факты, наиболее ответственные потребители электроэнергии принимают решение об установке дополнительных устройств, обеспечивающих бесперебойную подачу напряжения.
• При коротких замыканиях возникают повышенные электромагнитные импульсы, которые отрицательно сказываются на работе и функциональности средств связи. Поэтому, как правило, необходима их дополнительная экранизация.
• Эксплуатация ЭЗH предполагает установку более сложных средств защиты с минимальным временем срабатывания в случае короткого замыкания.
• Если токи короткого замыкания существенно выше допустимых значений, генераторная установка выходит из режима синхронизации. Иными словами, при становлении КЗ генератор как-бы притормаживается.
• Токи высокого напряжения, которые возникают в следствие коротких замыканий, могут повредить кабель и его изоляцию. Также существует риск механического разрушения изоляционных устройств на самих линиях электропередачи, повреждений металлических компонентов статора в генераторе, если произойдет пробой изоляции на землю.
• При повышении шагового напряжения, которое возникает также в случае короткого замыкания на землю, существенно возрастает опасность для людей – их может ударить током.
• В случае обрыва нейтральных проводов и при отсутствующем дублирующем заземлении используемое на объекте электрооборудование остается практически без защиты.

Подводим итоги

Резюмируя все выше сказанное в статье, принцип функционирования электросетей с эффективно заземленными нейтралями можно описать следующим образом: при происхождении замыканий на землю, их большая часть сопровождается высоким током коротких замыканий, после чего происходит их самоустранение, как только отключается подача напряжения в сети. При повторном автоматическом включении напряжения в линии передачи электричества ее работа полностью восстанавливается.

В случае, если заземлена лишь часть трансформаторов, это приводит к уменьшению токов короткого замыкания. К примеру, если подстанция предполагает монтаж двух трансформаторных установок, лишь один их них будет подключен к устройству заземления.

Электрические сети с эффективно заземленной нейтралью

Режим нейтрали распределительных электрических сетей напряжением 6—20 кВ (РЭС) в течение многих лет был и остался предметом многочисленных публикаций и дискуссий .

Особенностью РЭС, включая городские электрические сети, является наличие у применяемого в них оборудования достаточно большого запаса электрической прочности фазной изоляции (относительно земли), допускающего работу с увеличенным фазным напряжением до номинального линейного. По этой причине нормативные материалы предписывают использовать режим изолированной нейтрали (I-режим) для таких сетей в качестве основного. Данный режим получил исключительно широкое распространение, так как может допускать работу сети с однофазным замыканием на землю (ОЗЗ) в течение времени, достаточного для поиска повреждённого участка, подачи резервного питания на электроприёмники или их отключения вручную.

В сетях с большой ёмкостью фаз в соответствии с осуществляется компенсация тока ОЗЗ с помощью дугогасящих реакторов, имеющих в ряде случаев автоматическую резонансную настройку на ёмкость сети. Данный режим наряду с режимом изолированной нейтрали в нашей стране является основным.

Анализ опыта эксплуатации сетей с изолированной нейтралью и компенсацией ёмкостных токов замыкания на землю, проведённый многими авторами, показывает, что удельная повреждаемость элементов РЭС достаточно велика. Это объясняет причину поиска новых режимов нейтрали РЭС, включая работу сети с изменяемым при ОЗЗ режимом нейтрали.

Наибольшее распространение во многих странах получили новые режимы работы сети: с высокоомным (R_B-режим) и низкоомным (R_Н-режим) рези-стивными заземлениями нейтрали, снижающими перенапряжения при ОЗЗ. При этом заземление принято считать высокоомным, если ток в элементе, заземляющем нейтраль, при ОЗЗ близок по модулю к ёмкостному току замыкания на землю, а низкоомным — если ток в указанном элементе в тех же условиях достаточен для срабатывания простейших токовых защит от ОЗЗ. Следует отметить, что заземление нейтрали с помощью дугогасящего реактора по аналогии с резистивным заземлением можно назвать высокоомным индуктивным заземлением (L_B-режим).

Наряду с этим в некоторых странах используется режим комбинированного (L_B — R_B-режим), а также низкоомного индуктивного (L_H-режим) и эффективного заземления нейтрали (G-режим). Следует отметить, что низкоомные резистивное и индуктивное заземления нейтрали, как правило, являются кратковременными режимами, в которые сеть переходит либо на время отключения ОЗЗ, либо на время селективного определения места повреждения, в то время как высокоомные заземления, включая L_B — R_B-режим, являются длительными, в которых сеть может работать постоянно.

Технические решения по резистивному заземлению нейтрали не всегда обеспечивают повышение эффективности функционирования кабельной сети. В частности, при высокоомном резистивном заземлении нейтрали (R_B-режим), как отмечено в , повторные пробои изоляции возникают более часто, чем в L_B-режиме. Использование режима низкоомного резистивного заземления нейтрали (R_H-режим) связано с дополнительными капиталовложениями в средства релейной защиты, т.к. необходима установка специальных чувствительных защит от замыканий на землю. Кроме того, после отключения замыкания на землю затруднён быстрый поиск места повреждения, так как промышленные указатели тока короткого замыкания не реагируют на токи ОЗЗ при низкоомном резистивном заземлении нейтрали.

Повышенные перенапряжения при ОЗЗ могут быть снижены не только путём применения специального режима нейтрали, но и с помощью быстродействующего автоматического шунтирования (заземления) повреждённой фазы (АЗФ), однако в настоящее время в РФ этот вид автоматики практически не применяется. Одной из причин этого является несовместимость АЗФ с изолированной нейтралью и с компенсацией ёмкостных токов при ОЗЗ, обоснованная в .

В научно-технической литературе приведены различные варианты режимов нейтрали с анализом их достоинств и недостатков, однако появившиеся в последние годы публикации, посвящённые данной проблеме, объясняют необходимость дополнительного рассмотрения вопроса низкоомного заземления нейтрали, что является целью этой статьи.

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 120. 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.

Важные факты

Рассмотри подробнее такое понятие, как зануление. Оно предусматривает прекращение подачи электрического тока по контуру в момент небезопасного короткого замыкания или иных аварийных случаях. Происходит это за счет выключения всей системы электроподачи или ее компонента.

Плюсами зануления можно отметить относительно недорогую стоимость монтажа, ведь не нужно тратиться на дополнительное заземление. Благодаря возможности подсоединять приемники электричества как с одной, так и с тремя фазами, система с занулением является более универсальной.

Что касается недостатков, то в случае с глухозаземленной нейтралью, это недостаточная гарантия защиты потребителя. Так, при пробое на участке, ток может вырваться наружу и нанести повреждения.

По причине небезопасности в домашних условиях зануление никогда не используется.

Для гарантирования защиты человека, глухозаземленный тип нейтрали дополнительно снабжают такими приборами, как устройство защитного отключения, которое реагирует на заданные значения утечки тока.

Также стоит подумать о прокладке дополнительного заземления.

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

Эффективно заземленная нейтраль и глухозаземленная отличия

Протокол испытания кабеля сшитого полиэтилена

Особенности конструкции и принцип работы глухозаземленной нейтрали

Как известно, основную роль в обеспечении работы источников электрического тока играют такие понятия из физики, как закон взаимоиндукции и передача электрической энергии по сердечнику магнитного типа.

При этом важно понимать, что наличие нулевого проводника на первичной обмотке трансформатора не обязательно. А вот на вторичной обмотке наличие нулевого провода гарантирует недопустимость выхода тока наружу

Таким образом, снижается вероятность получить поражение электричеством.

Фазный тип напряжения создается в виде потенциала между линией или одним из ее элементов и точкой нуля, относящейся к заземленной. Линейный тип напряжения проще фазного. Он возникает как следствие разности потенциалов между двумя линиями.

Как видно из написанного выше, основная задача нейтрали глухозаземленного типа состоит в передаче электричества от источника к потребителю. Кроме этого, в функции модели входит обеспечение безопасности человека.

Так, в момент неисправности изоляционного слоя в местах пробоев возникает разница потенциалов в местах, не рассчитанных на такое явление. К таковым местам относятся.

1. Внешние оболочки электроприборов бытового использования, материал которых способен стать проводником элестрического тока.
2. Металлические элементы распределительных щитков.
3. Поверхность проводников.

Таким образом, глухозаземленная нейтраль играет важную роль в сфер электропередачи. На бытовом уровне стоит убедиться в заземлении всех необходимых приборов.

Устройство и принцип действия сетей с глухозаземлённой нейтралью

Принцип работы источников электроэнергии, в частности, понижающих трансформаторов основан на законе взаимоиндукции и передаче энергии по магнитному сердечнику. Первичная обмотка при этом может и не иметь нулевого провода, в отличие от вторичной, где соединение его с нулём через проводник с низким сопротивлением, который можно приравнять с нулевым значением, будет являться эффективным средством защиты от поражения человека опасным для его жизни и здоровья напряжением.

Главной особенностью сетей с глухозаземлённой нейтралью является появление не только линейного, но и фазного напряжения. Что это такое и чем оно отличается друг от друга, рассмотрим на примере простой принципиальной схемы.

Фазное напряжение — это потенциал между одним из проводов линии и нулевой точкой, присоединенной к земле, то есть наглухо заземлённой. Линейное напряжение — разница потенциалов между двумя выводами линий, то есть L1 и L2, L1-L3, или же L2-L3, называется оно также межфазное. Такие источники электрической энергии в бытовых условиях имеют распространенное значение напряжения в виде 380 В — линейного, и 220 — фазного. Линейное напряжение больше фазного на √3, то есть на 1,72.

Но основная задача такой системы это не только транспортировка к потребителям напряжений двух значений при разном количестве фаз в одной системе электроснабжения, но и защита человека при пробое изоляции и появлении напряжения в точках, которые в нормальном состоянии не имеют опасного потенциала. В жилых зданиях это:

• корпуса всех бытовых приборов, которые проводят электрический ток, то есть сделаны из стали или другого токопроводящего металла;
• металлоконструкции щитовых и распределительных устройств;
• защитная оболочка кабелей.

Также для обеспечения безопасности все перечисленные выше элементы должны быть заземлены, именно в этом случае опасность от использования напряжения и применения бытовых приборов в сетях с глухозаземлённой нейтралью будет минимальна. При этом для таких цепей обязательна равномерность распределения однофазных нагрузок.

Зануление и заземление

7.3.132. На взрывоопасные зоны любого класса в помещениях и на наружные взрывоопасные установки распространяются приведенные в 1.7.38 требования о допустимости применения в электроустановках до 1 кВ глухозаземленной или изолированной нейтрали. При изолированной нейтрали должен быть обеспечен автоматический контроль изоляции сети с действием на сигнал и контроль исправности пробивного предохранителя.

7.3.133. Во взрывоопасных зонах классов B-I, B-Iа и B-II рекомендуется применять защитное отключение (см. гл. 1.7). Во взрывоопасных зонах любого класса должно быть выполнено уравнивание потенциалов согласно 1.7.47.

7.3.134. Во взрывоопасных зонах любого класса подлежат занулению (заземлению) также:

а) во изменение 1.7.33 — электроустановки при всех напряжениях переменного и постоянного тока;

б) электрооборудование, установленное на зануленных (заземленных) металлических конструкциях, которые в соответствии с 1.7.48, п. 1 в невзрывоопасных зонах разрешается не занулять (не заземлять). Это требование не относится к электрооборудованию, установленному внутри зануленных (заземленных) корпусов шкафов и пультов.

В качестве нулевых защитных (заземляющих) проводников должны быть использованы проводники, специально предназначенные для этой цели.

7.3.135. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью зануление электрооборудования должно осуществляться:

а) в силовых сетях во взрывоопасных зонах любого класса отдельной жилой кабеля или провода;

б) в осветительных сетях во взрывоопасных зонах любого класса, кроме класса B-I, — на участке от светильника до ближайшей ответвительной коробки — отдельным проводником, присоединенным к нулевому рабочему проводнику в ответвительной коробке;

в) в осветительных сетях во взрывоопасной зоне класса B-I — отдельным проводником, проложенным от светильника до ближайшего группового щитка;

г) на участке сети от РУ и ТП, находящихся вне взрывоопасной зоны, до щита, сборки, распределительного пункта и т. п., также находящихся вне взрывоопасной зоны, от которых осуществляется питание электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах любого класса, допускается в качестве нулевого защитного проводника использовать алюминиевую оболочку питающих кабелей.

7.3.136. Нулевые защитные проводники во всех звеньях сети должны быть проложены в общих оболочках, трубах, коробах, пучках с фазными проводниками.

7.3.137. В электроустановках до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью заземляющие проводники допускается прокладывать как в общей оболочке с фазными, так и отдельно от них.

Магистрали заземления должны быть присоединены к заземлителям в двух или более разных местах и по возможности с противоположных концов помещения.

7.3.138. Использование металлических конструкций зданий, конструкций производственного назначения, стальных труб электропроводки, металлических оболочек кабелей и т. п. в качестве нулевых защитных (заземляющих) проводников допускается только как дополнительное мероприятие.

7.3.139. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 4 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя и не менее чем в 6 раз ток расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель (без выдержки времени), следует руководствоваться требованиями, касающимися кратности тока КЗ и приведенными в 1.7.79.

7.3.140. Расчетная проверка полного сопротивления петли фаза-нуль в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью должна предусматриваться для всех электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах классов B-I и B-II, и выборочно (но не менее 10% общего количества) для электроприемников, расположенных во взрывоопасных зонах классов B-Iа, B-Iб, B-Iг и ВIIа и имеющих наибольшее сопротивление петли фаза-нуль.

7.3.141. Проходы специально проложенных нулевых защитных (заземляющих) проводников через стены помещений со взрывоопасными зонами должны производиться в отрезках труб или в проемах. Отверстия труб и проемов должны быть уплотнены несгораемыми материалами. Соединение нулевых защитных (заземляющих) проводников в местах проходов не допускается.

Система заземления IT или система заземления с изолированной нейтралью.

Обычно эта система описывается примерно так:

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.

На этом всё описание системы IT обычно и ограничивается и совершенно не понятно как этим всем практически пользоваться? Как подключать потребителей, как подключать системы автоматизации?

На эти вопросы я и постараюсь ответить.

Она широко используется на судах и всём, что считается судами, на морских нефтяных и газовых платформах, например

Не важно, что платформа стоит на дне моря, с точки зрения морского регистра она – судно

Меры предосторожности

Теперь разберём, для чего выполняется заземление нейтрали трансформатора, и физику работы такой электрической сети.

В теоретической физике потенциал нулевого проводника по отношению к земле не должен превышать нулевого значения. Повторное заземление у принимающего устройства потребителя помогает добиться этого значения с ещё более высокой степенью вероятности, особенно, если до ТП есть достаточное расстояние.

Поражение током возможно в следующих ситуациях:

1. Повреждение изоляции токоведущих частей, выход из строя электрооборудования. Образуется шаговое напряжение – на плоскости пола появляется потенциал, небезопасный для идущего человека;
2. Повреждение изоляции электрооборудования. В этом случае на корпусе может оказаться опасное для здоровья напряжение;
3. Повреждение защитной изоляции кабелей. Здесь напряжение появляется на металлических полках, с лежащими кабельными линиями;
4. Нарушение технологии производства работ, приведшее к прикосновению к токоведущим частям, находящимся под фазным напряжением.

К включенному в сеть проводу, лежащему на влажном полу, подходить не рекомендуется. В этой ситуации появляется потенциал, опасный для человека. При попытке сделать шаг ноги оказываются под действием различных величин потенциала. Удар током обеспечен. Для избегания подобного развития событий перед заливкой бетона укладывается металлический каркас, соединённый с контуром заземления минимум в 2-х точках. За счёт этого при возникновении на полу потенциала ноги идущего человека будут зашунтированы, поражения электрическим током удастся избежать.

Для недопущения появления напряжения на нетоковедущих частях электрической системы ПУЭ обязывает заземлить абсолютно все металлические детали, находящиеся в распредустройствах трансформаторных подстанций и потребителя, а также корпуса электроприборов. В промышленных цехах, где присутствует электрическое оборудование (станки, производственные линии), по периметру пускается стальная полоса для присоединения всех без исключения металлсодержащих частей. Таким образом, выравниваются потенциалы земли и металлических частей, расположенных в помещении.

При возникновении пробоя на заземлённый корпус электрический ток пойдёт по пути наименьшего сопротивления, т.е. по заземляющим проводникам до контура заземления, а не через обладающее большим сопротивлением человеческое тело, даже при не сработавшей защите.

Меры предосторожности при работе в сети с глухозаземленной нейтралью

По этой причине ток через контур заземления направится в сторону нейтрали силового трансформатора. Это приводит к короткому замыканию с большой величиной электрического тока. На превышение заданного параметра должен будет среагировать защитный коммутационный аппарат: плавкая вставка или автоматический выключатель. За счёт этого повреждённый участок цепи будет выведен из работы. Таким образом, организуется быстрая локализация аварийного режима.

Виды нейтралей в сетях

В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:

• до 1 кВ;
• свыше 1 кВ.

Сети напряжением менее 1 000 В по способу выполнения нейтрали в свою очередь подразделяют на системы TN, IT, TT, первые буквы в обозначениях которых говорят о следующем:

• Т (терра) – глухозаземленной нейтрали;
• I (изолят) – изолированной нейтрали.

Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:

• N (нейтраль) – заземление ОПЧ выполнено посредством глухозаземленной нейтрали от энергоисточника;
• Т – независимое заземление.

TN делят еще на три подгруппы с дополнительным обозначением С, S и С-S. В данном случае С и S соответственно указывают на возможность совмещения в одном заземляющем проводнике защитных и рабочих функций (комбинированный и раздельный).

Сети до 1 кВ

Далее представлен краткий обзор систем нейтралей для сетей с напряжением менее 1 кВ.

Выполняют с глухозаземленной нейтралью, с заземлением через нее открытых проводящих частей. Заземляющий проводник непосредственно соединяют с заземлительным контуром электросваркой или болтовым контактом. Возможно подключение через незначительный резистор (токовый трансформатор).

В указанных сетях назначение глухозаземленной нейтрали предполагает питание потребителей с однофазными и трехфазными характеристиками.

В данном случае также устраивают глухозаземленную нейтраль, а для заземления открытых проводников подключенной установки используют отдельное устройство, отделенное от нейтрального провода. Т. е. вывод защитного заземления производят не от энергоисточника, а от потребляющего агрегата.

Для системы IT трансформаторные и генераторные нейтральные проводники изолированы и заземлены, с применением устройства с высоким сопротивлением, при независимом заземлении открытой части. Такой способ применяют на электросетях для подключения промышленных комплексов, где перерыв энергоснабжения не допускается.

Сети более 1 кВ

На высоковольтных сетях применяются другие способы подключения нейтрали.

• сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью,
• сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор,
• сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление,
• сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью,
• сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.

Изолированная нейтраль

Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.

Изолированная нейтраль

Эффективно-заземленная нейтраль

Эффективно-заземленная нейтраль

Используют для сетей, при значении напряжения более 110 кВ. При возникновении однофазного замыкания, на фазах, сохранивших целостность, величина напряжения удерживается на уровне 0,8 по отношению к междуфазному при нормальной работе сети. Требует выполнения сложного и дорогого заземлительного контура, поскольку система рассчитана на большие токи короткого замыкания.

Заземление посредством резистора или реактора

Заземление посредством резистора или реактора

Применяют в сетях от 6 до 35 кВ, чтобы снизить значение тока при КЗ. При использовании реактора, в момент, когда задействован заземлитель, через него протекает КЗ емкостного происхождения и индуктивного (от данного устройства). При равной величине этих токов, происходит резонанс, с нулевой нагрузкой в сети.

При использовании резистора, возможна организация низкоомного и высокоомного заземления, в зависимости от величины тока, инициируемого сопротивлением при пробое на землю. При малых емкостных токах в сети, заземление отличается высокоомными характеристиками, что позволяет задержку отключения подачи энергии.

При большом емкостном токе, предусмотрено использование низкоомного заземления.

Функции

В идеальной ситуации ноль должен выполнять функции проводника, обеспечивая замыкание электрической цепи. Но фактически нередко напряжение по фазам значительно отличается.

Также читайте: Назначение диэлектрических перчаток в электроустановках

При возрастании мощности в одной из фаз происходит снижение силы тока и смещение нуля, с образованием напряжения смещения. Данная характеристика прямо пропорциональна разнице фазного напряжения. В результате отдельным потребителям подаётся напряжение с повышенным, а другим – с пониженным вольтажом.

Назначение нулевого провода состоит в выравнивании напряжения между фазами, чтобы потребителям подавался ток со стандартными характеристиками.

Если для одной фазы вольтаж возрастает, избыток через ноль на подстанции переходит на другую фазу, выравнивая показатели.

Отличия зануления от заземления

Способы заземления и зануления обладают разным защитным действием. Зануление обеспечивает мгновенное срабатывание автоматических выключателей при замыкании фазы на корпус. При этом происходит обесточивание подключенных потребителей электроэнергии, например, станков, трансформаторов.

Но это не спасает человека от воздействия тока утечки, а также при обрыве нулевого проводника на корпусах электрооборудования появится напряжение. В связи, с чем зануление в чистом виде не используется.

При этом в электрооборудовании с четырехпроводной сетью с глухозаземленной нейтралью и нулевым проводом напряжением до 1000В зануление является основным средством защиты.

Реализация схем зануления и заземления имеет ряд отличий. Одно из основных – для заземления необходимо использовать кабели с отдельной жилой. Сечение PE-проводников может быть меньше сечения фазовых, а их изоляция всегда имеет желто-зеленый цвет.

Одно из основных преимуществ при реализации зануления – применение более дешевого кабеля. Преимущества заземления — оно работает всегда, не требует частого контроля качества соединения, достаточно раза в год.

Соединение нуля с «землёй» (зануление) в частном доме или квартире не только не обязательно, но и может быть небезопасным. Если нулевой провод отгорит или оборвется в этажном щите, то на бытовые устройства, работающие от 220 В, поступит напряжение гораздо большой величины, что приведет к выходу их из строя, к тому же на их корпусах появится опасное напряжение.

Под «землёй» здесь имеется в виду проводник, подключенный к корпусам электроприборов и заземляющим контактам розеток.

Для обеспечения наибольшей безопасности, можно рекомендовать устройство зануления и заземления одновременно. Для этого реализуется система TN-C-S — заземление и разделение нуля на вводе в дом, во вводном общедомовом электрощите ВРУ.

Резонансно-заземленные или компенсированные нейтрали

Резонансно-заземленные нейтрали применяются в основном в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ, где схема подключения выполняется кабельными линиями. Присоединение нулевой точки осуществляется через специальные плунжерные или регулируемые трансформаторы РУОМ. Подобная система позволяет определить индуктивность в сети при однофазном замыкании, что обеспечивает компенсацию уровня тока.

Нейтраль такого типа снижает риск развития аварии, переход однофазного замыкания в межфазное. Достоинствами для напряжения 6-35 кВ являются: