Что такое глухозаземленная нейтраль? Изолированная нейтраль и глухозаземленная

устройство, применение и отличие от изолированного варианта

Трехфазная электросеть, которая широко применяется для электроснабжения, использует два основных варианта соединения: треугольник и звезда. В соединении звезда получается потенциал, общий для всех фаз. Это соединение фаз источника электроэнергии тем или иным способом связывается с потребителем этой энергии.

В результате нагрузки симметрируются, а состояние электросети стабилизируется. Но это нормальное состояние рано или поздно нарушается какой-либо аварией. Например, ударом молнии в провода одной фазы или их обрывом по той или иной причине.

На страже всегда система защиты от подобных неприятностей. Для минимальных потерь времени и средств от простоя электроснабжения ее работа должна быть максимально эффективной. Способ соединения нейтральных потенциалов в электросети в значительной степени влияет на работу защиты и не только. Далее более подробно остановимся на таком соединении нулевых потенциалов источника и потребителя электроэнергии, как глухозаземленная нейтраль.

Вариант для сравнения – изолированная нейтраль

Самый понятный способ соединения точек нулевого потенциала источника и потребителя электроэнергии – это проводник, присоединенный к ним. При отсутствии точки соединения с заземляющим устройством этот провод получается гальванически не связанным с землей. Таким образом, выходит так называемая изолированная нейтраль. Этот проводник способен пропустить самые большие токи, которые только могут появиться в электросети, и остановить это может лишь его перегорание от нагревания.

Изолированная нейтраль не связана гальванически с заземлением провода, и кабели, передающие электроэнергию на большие расстояния, фактически являются обкладками конденсаторов. По этой причине на землю все равно происходит утечка в виде емкостного тока. А если произойдет авария, в результате которой одна из фаз, по сути, заземлится (короткое замыкание на землю), величина емкостного тока получится максимальной.

Эквивалентные схемы электрических цепей с изолированной нейтралью

Не будем вдаваться в детали этого, поскольку наша задача – это подробности относительно глухозаземленной нейтрали. Для справки упомянем то, что для ограничения емкостных токов ПУЭ предписывает использование дросселей (иначе реакторов) с теми или иными значениями токов и напряжений. Токи при замыкании на землю в электросети с изолированной нейтралью сравнительно невелики. Они не наносят какого-либо значительного ущерба, и по этой причине снижается требование к быстродействию защиты, а значит, и расходы на нее получаются меньше.

Однако эта простота ситуации с коротким замыканием на землю дает много, так сказать, побочных эффектов. Вот они:

появляются множественные перенапряжения в области замыкания на землю, сопровождающиеся маломощной, но разрушительной дугой;
их воздействие на изоляцию вызывает как минимум уменьшение ресурса изоляции большого числа электрических проводников и оборудования;
скрытность процесса замыкания на землю затрудняет его обнаружение, что делает довольно-таки продолжительным его разрушительный эффект;

емкостные токи опасны для людей, которые находятся вблизи места замыкания;
защиту сложно настроить на правильное распознавание ситуации.

Перечисленные недостатки обуславливают более широкое распространение глухозаземленной нейтрали.

Что лучше в глухозаземленной нейтрали

Поскольку молния ударяет в землю, очевидно, что ее можно эффективно использовать в качестве эквивалента провода. Что и делается в источнике и потребителе электроэнергии. В них точка нулевого потенциала соединяется с заземляющим устройством, которое именуется рабочим заземлением. Для возможности контроля силы тока в глухозаземленной нейтрали между точкой нулевого потенциала и заземляющим устройством присоединяется трансформатор тока.

При замере сопротивления рабочего заземляющего устройства в электрических цепях 220–380 В, его величина должна быть не более 4 Ом.

Короткое замыкание на землю в электрической цепи с глухозаземленной нейтралью носит явный характер и сопровождается током большой силы. При возникновении электрической дуги выделяется много энергии, которая разрушительно действует вблизи места замыкания. По этой причине защита должна максимально быстро отключить источник питания от места повреждения. Для снятия потенциала с корпусов электрооборудования при коротком замыкании на землю их соединяют с защитным заземлением.

Преимуществом глухозаземленной нейтрали является явный характер короткого замыкания на землю и возможность точной настройки на него устройств защиты.

В электрических сетях до 1000 В источниками электропитания являются вторичные обмотки трансформаторов. Для наиболее эффективного соединения точек нулевого потенциала источника питания и нагрузки применяются дополнительные проводники PEN, PE и N, соединенные так, как показано далее на изображении:

Соединение защитных проводников при глухозаземленной нейтрали

В составе этих проводников применение каких-либо иных элементов недопустимо. Если связь между источником питания до 1000 В с нагрузкой выполнена в виде ЛЭП, глухозаземленная нейтраль выполнена четвертым проводом, который через каждые двести метров соединяется с рабочим заземлением. Внутри помещений большой протяженности используются аналогичные расстояния между местами с рабочими заземлениями глухозаземленной нейтрали. Соединяемые с ней корпуса электрооборудования надежно защищают персонал от удара электрическим током.

С изолированной и глухозаземлённой нейтралями

Защитное заземление может быть эффективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтралью (системы IT) , где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус, ток не зависит от величины сопротивления заземления, а также в сетях напряжением выше 1000 В с изолированной и заземленной нейтралью. В последнем случае замыкание на землю является коротким замыканием, причем срабатывает максимальная токовая защита.

Рассмотрим защитные свойства заземления на примере трёхфазных сетей с системами заземленияTT и IT (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Замыкание фазы на заземлённый корпус в сети с глухозаземлённой нейтралью (а) и в сети с изолированной нейтралью (б).

При замыкании фазы на заземлённый корпус электроустановки, напряжение на нём (Uк)окажется равнымпотенциалу заземлителя (φз) и в любых случаях будет меньше фазного напряжения. Напряжение на заземлённом корпусе определяется током замыкания (Iз), стекающим через заземлитель, и сопротивлением заземлителя (Rз), т.е.

. (4.21)

Величина Iз будет зависеть от режима нейтрали электрической сети (рис. 4.7).

В сети с глухозаземленной нейтралью (система TT) открытые проводящие части заземлены и не соединены с нулевым защитным проводником. Роль нулевого защитного проводника выполняет земля.

При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

, (4.22)

где Uф - фазное напряжение сети, В;

Rои Rз – сопротивление заземления нейтрали и корпуса электроустановки соответственно, Ом.

Сопротивления обмоток источника тока (например, трансформатора, питающего данную сеть) и проводов сети малы по сравнению с R0и Rк, поэтому их в расчёт не принимаем.

В результате протекания тока через сопротивление Rз в землю на корпусе возникает напряжение относительно земли Uк, В, равное падению напряжения на сопротивлении Rз:

. (4.23)

Ток Iз может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание максимальной токовой защиты, т.е. повреждённая установка может не отключиться. Например, при Uф = 220 В и Rо= Rз=4 Ом

Iз = 220/(4+4) = 27,5 А.

Если при этом ток срабатывания защиты больше Iз (в рассматриваемом примере больше 27,5 А), то отключения не произойдёт и корпус электроустановки будет находиться под напряжением

Uк=220х4/(4+4)=110 В,

что значительно больше допустимого значения напряжения прикосновения.

В сети с изолированной нейтралью (система IT), при замыкании фазы на корпус, ток замыкания определится из выражения:

, (4.24)

где r – сопротивление изоляции фазного проводника, Ом.

Поскольку сопротивление заземления нейтрали Rо много меньше сопротивления изоляции r, то ток Iз, а следовательно, и напряжение на корпусе в сети с глухозаземлённой нейтралью будет намного больше, чем в сети с изолированной нейтралью. Кроме того, напряжение на корпусе будет зависеть от соотношения между сопротивлением Rои Rз. Например, при уменьшении Rоотносительно Rз напряжение на корпусе, согласно формулам (4.21) и (4.22) возрастает. Ввиду указанных недостатков заземление как основная мера защиты в сетях с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В не применяется.

Поэтому, если в сети с изолированной нейтралью для обеспечения безопасности часто достаточно заземлить корпуса электроустановок и обеспечить высокое сопротивление изоляции, то в сети с глухозаземлённой нейтралью следует обеспечить автоматическое отключение повреждённой электроустановки от сети. Для системы TN такое отключение достигается применением защитного зануления и устройств защитного отключения, для системы TT – обязательным применением устройств защитного отключения.

В сети с изолированной нейтралью ток замыкания на землю практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя, поскольку r>> Rз. Поэтому в таких сетях защитное заземление используется как основная мера защиты.

Экспериментальная часть

infopedia.su

Особенности сетей с изолированной и глухозаземленной нейтралью

Электрические сети промпредприятий могут работать как с изолированной от земли нейтралью трансформатора, так и с нейтралью трансформатора, соединенной с землей наглухо или через малое сопротивление.[ ...]

Сеть с изолированной нейтралью эффективно работает только при наличии в ней надежного устройства непрерывного контроля изоляции с отключением сети при уменьшении сопротивления изоляции ниже заранее установленного предела, а также при условии непрерывного контроля целостности пробивного предохранителя.[ ...]

В настоящее время на промышленных предприятиях наибольшее распространение получили четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью, позволяющие использовать два рабочих напряжения — линейное и фазное. Применение более простой и надежной системы совмещенного питания силовых и осветительных электроприемников от общих трансформаторов дает удешевление установки в целом за счет установки меньшего числа трансформаторов, уменьшения проводникового материала и т. п.[ ...]

С точки зрения безопасности сети с глухозаземленной нейтралью, несмотря на имеющиеся недостатки, не являются более опасными по сравнению с сетями с изолированной нейтралью. Наличие значительной емкости относительно земли разветвленных кабельных сетей с изолированной нейтралью по существу сводит на нет известные преимущества этих сетей.[ ...]

В качестве основных защитных мер, обеспечивающих электробезопасность, применяются: в системах с изолированной нейтралью — защитное заземление, а в сетях с глухозаземленной нейтралью — зануление.[ ...]

При занулении все металлические нетоковедущие части, которые могут оказаться под напряжением, свя-зываются электрически с нулевым защитным проводником. Благодаря такой связи любое замыкание на корпус или металлоконструкцию переходит в однофазное короткое замыкание, сгорает ближайший предохранитель или срабатывает автомат и поврежденный участок отключается.[ ...]

Защитное действие заземления зависит от сопротив: ления заземляющего устройства, надежности цепи между заземлителями и заземляемыми элементами. Для быстроты и надежности отключения поврежденного участка электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью существенное значение имеет сопротивление цепи фазовый проводник — нулевой защитный проводник. Все эти факторы зависят от точности расчета заземляющего устройства, правильности его монтажа и эксплуатации. Поэтому перед вводом в эксплуатацию вновь смонтированных электроустановок, а также периодически в процессе их работы производится тщательное испытание заземляющих устройств.[ ...]

Вернуться к оглавлению

ru-safety.info