Справочник строителя | Режимы нейтрали и заземления

СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 KB

Нейтраль считают глухозаземленной, если она присоединена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, например, через трансформатор тока. Сети с глухим заземлением нейтрали используют для электроснабжения трехфазных приемников с линейным напряжением 380 В и однофазных приемников напряжением 220 В в жилых, общественных, промышленных зданиях и наружных установках.

Нейтраль считают изолированной, если она не имеет соединения с землей или соединена с нею через значительное сопротивление. Сеть с изолированной нейтралью в электроснабжении городов обычно не используется. Такой режим нейтрали используют в сетях с повышенной опасностью (например, взрывоопасные производства, угольные шахты и др.), если при замыкании на землю в одной точке отключение питания недопустимо. Последнее также может иметь место при питании особо ответственных приемников в автономных электроэнергетических системах.

В связи с широким распространением в России зарубежного электрооборудования, электроприборов и устройств, в действующих ПУЭ приняты обозначения режима нейтрали и заземлений по стандартам Международной электротехнической комиссии (МЭК). В соответствии с этим различают следующие системы указанных режимов:

- система TN, которая подразделяется на подсистемы TN-C, TN-S, TN-C-S;

- система ТТ;

- система IT.

Первая буква Т означает, что нейтраль источника питания заземлена; I — нейтраль источника питания изолирована (не соединена с землей или соединена с нею через значительное сопротивление). Вторая буква N означает, что проводящие электрический ток части приемника, в нормальных условиях не находящиеся под напряжением (открытые проводящие части), например, корпус электродвигателя, соединены с нейтралью источника питания, т. е. присоединены к нулевому проводнику. Такое соединение часто называют занулением, т. е. N означает наличие зануления. Вторая буква Т означает, что открытые токоведущие части приемников заземлены, но не соединены с нулевым проводом, т. е. вторая буква Т означает соединение корпуса приемника с землей. Систему ТТ можно охарактеризовать как систему с заземленной нейтралью и заземлением приемников без их зануления. В ранних редакциях ПУЭ система ТТ была запрещена к использованию. В настоящее время эту систему используют, если нельзя обеспечить условия безопасности в системе TN (напряжение на корпусе приемника при пробое изоляции фазы на корпус превышает допустимое значение или нельзя обеспечить отключение поврежденного приемника за требуемое время).

В общем случае нулевой проводник может выполнять две функции:

- нулевой рабочий (N) проводник — для подачи на однофазные приемники фазного напряжения (220 В). Такими приемниками, например, являются лампы электрического освещения.

- нулевой защитный (РЕ) проводник — для обеспечения электрической и пожарной безопасности.

Если нулевой проводник выполняет обе указанные функции, то его называют совмещенным защитным и рабочим нулевым проводником и обозначают как PEN. Подсистему с отдельными рабочим и защитным нулевыми проводниками обозначают как TN-S (рис. 1), а с совмещенным PEN проводником — TN-C (рис. 2). В Российской Федерации широкое распространение получила подсистема TN-C-S, в которой питающая линия имеет совмещенный PEN проводник, а приемники присоединены с помощью отдельных N и РЕ проводников (рис. 3). В этой подсистеме проводник PEN на вводе приемника разделяют на два отдельных (N и РЕ) проводника для питания одного приемника или группы приемников.

Рис. 1. Система TN-S

Рис. 2. Система TN-C

Рис. 3. Система TN-C-S

На рис. 4 показана упрощенная электрическая схема электрической сети напряжением 380/220 В, использующей подсистему TN-C-S. Питание сети производится с помощью трехфазного силового трансформатора Т, имеющего схему соединения звезда-звезда. Нейтраль обмотки низкого напряжения соединена с основным заземлителем (0З) и совмещенным нулевым защитным и рабочим проводом PEN. Линия (воздушная или кабельная) подключена к трансформатору Т через автомат QA1. Вместо автомата могут использоваться предохранители и рубильники. Нулевой провод PEN необходим, во-первых, для того, чтобы можно было подключать к сети однофазные приемники (например, лампы освещения L) напряжением 220 В. В этом случае он используется как N-проводник. При исправном нулевом проводе напряжение между каждым из линейных проводов L1, L2, L3 и нулевым проводом PEN равно 220 В. Напряжения между линейными проводами L1-L2, L2-L3, L3-L1 равны 380 В. Трехфазные приемники (например, электродвигатель М) подключены к линейным проводам через коммутационные аппараты: автомат QA2 и магнитный пускатель КМ. Однофазные приемники часто подключают через предохранитель F и рубильники S.

Рис. 4. Пример электрической сети с режимом TN-C-S

Второе назначение нулевого провода заключается в обеспечении электрической и пожарной безопасности при эксплуатации сети. С этой целью корпуса электроприемников соединяют зануляющими проводниками с защитным РЕ или совмещенным PEN нулевым проводом и могут быть заземлены через повторные заземлители ПЗ (последнее по действующим ПУЭ не обязательно). При пробое изоляции на корпус возникает однофазное короткое замыкание (КЗ). Ток однофазного КЗ вызывает отключение автомата, например, QA2, и электрическая дуга в месте повреждения не успевает привести повреждение к пожару. Из-за быстрого отключения поврежденного приемника мала вероятность попадания людей под напряжение и существенно уменьшаются последствия для пострадавшего, прикоснувшегося к корпусу поврежденного приемника. Очевидно, что правильный выбор аппаратов защиты — автоматов и предохранителей — является одним из важнейших условий обеспечения электрической и пожарной безопасности. По этой причине в эксплуатации контролируют сопротивление петли «фаза-нуль» электроприемников.

Время автоматического отключения питания при замыкании фазы на корпус приемника в системе TN не должно превышать значений, приведенных в табл. 1.

Таблица 1 Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN

В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не должно превышать 5 с.

ПУЭ рекомендуют выполнять повторное заземление РЕ и PEN проводников, причем внутри больших и многоэтажных зданий. С этой целью нулевой защитный проводник присоединяют к главной заземляющей шине (ГЗШ) основной системы уравнивания потенциалов. Повторные заземления имеют 2 функции. Первая заключается в уменьшении напряжения на заземленных частях оборудования. Вторая функция состоит в увеличении тока однофазного короткого замыкания при пробое изоляции фазы на корпус. Благодаря этому улучшаются условия срабатывания аппаратов защиты (автоматов, предохранителей). Внутри больших и многоэтажных зданий роль повторного заземления играет уравнивание потенциалов путем присоединения РЕ проводника к главной заземляющей шине.

Оценивая сеть с системой TN в целом, следует подчеркнуть два ее достоинства:

- возможность подключения не только трехфазных, но и однофазных приемников;

- быстрое отключение повреждений, связанных с землей.

Недостатки сети:

- замыкание одной фазы на землю является коротким замыканием. При этом возникают большие токи (до нескольких килоампер). В случае отказа аппаратов защиты это может привести к механическим разрушениям аппаратов и токоведущих частей, к термическим повреждениям и пожарам в электроустановках;

- повышенная электроопасность по сравнению с системами IT и ТТ. При прикосновении человека к линейному проводу ток, проходящий через человека, заведомо превышает опасное для жизни значение;

- повышенная пожароопасность, поскольку при повреждении изоляции линейного проводника могут возникать значительные токи утечки;

- необходимость быстрого отключения места однофазного замыкания на корпус, т. к. это замыкание является КЗ и сопровождается появлением большого тока;

- при обрыве нулевого провода напряжение на однофазных приемниках может достигать 380 В и приводить их к повреждению.

Чтобы уменьшить опасность действия токов КЗ, связанных с замыканием на землю, в сетях с глухим заземлением нейтрали устанавливают специальные защиты от однофазных КЗ. Эти защиты должны быть быстродействующими.

Для устранения второго и третьего недостатков (см. перечень) применяют устройства защитного отключения (УЗО). Указанные устройства можно разделить на следующие классы:

- по принципу действия: дифференциального типа и реагирующие на потенциал корпуса относительно земли;

- по использованию энергии тока утечки для отключения УЗО: электромеханические (использующие указанную энергию) и электронные, в которых для отключения УЗО используется энергия от специального блока питания.

В системах электроснабжения городов применение дифференциальных УЗО более удобно, чем реагирующих на потенциал корпуса относительно земли. Электромеханические УЗО дифференциального типа (например, АстроУЗО) более надежны, чем электронные, но их стоимость существенно выше. По этой причине в настоящее время различными производителями выпускаются, в основном, электронные УЗО дифференциального типа. На рис. 5 приведена упрощенная электрическая схема, поясняющая принцип действия однофазного УЗО дифференциального типа.

Рис. 5. Упрощенная электрическая схема, поясняющая принцип действия однофазного УЗО дифференциального типа

Питание однофазного приемника Z_H на напряжении 220 В подается с помощью линейного L и рабочего нулевого N проводников. В состав УЗО входят 2 автомата, QA1 и QA2. Первый из них обеспечивает защиту электроустановки от короткого замыкания (электромагнитный расцепитель) и от перегрузки (тепловой расцепитель). Второй автомат имеет катушку отключения YAT (независимый расцепитель), к которой подключена вторичная обмотка трансформатора тока ТА. Первичными обмотками ТА являются линейный L и рабочий нулевой N проводники. Общий нулевой провод PEN перед УЗО разделен на рабочий нулевой N и защитный РЕ проводники.

Ток нагрузки I_Н проходит по проводам L и N и сумма магнитных потоков, созданных в магнитопроводе ТА токами в проводниках L и N, равна нулю. При появлении тока утечки I_УТ по линейному проводу проходит сумма токов I_Н и I_УТ, а по рабочему нулевому проводу N — только I_Н. Магнитные потоки, созданные первичными обмотками У30, не компенсируются, и по вторичной цепи ТА проходит ток, пропорциональный I_УТ. Последний вызывает отключение автомата QA2, а по причине механической связи между автоматами — и QA1.

Некоторые производители совмещают УЗО дифференциального типа с защитой от отклонений фазных напряжений. Однако такое комплектное устройство не обладает способностью автоматически восстанавливать электропитание на приемнике при исчезновении недопустимых отклонений напряжения в системе электроснабжения. Ввиду этого более перспективны устройства защиты от отклонений напряжения, которые автоматически восстанавливают питание приемников при возвращении напряжения в допустимые пределы.

Следует подчеркнуть, что ПУЭ, с одной стороны, запрещают применять УЗО в подсистеме TN-C, однако, с другой стороны, при необходимости разрешают применение УЗО в этой подсистеме с условием, что РЕ проводник будет подключен к PEN проводнику цепи до защитно-коммутационного аппарата.

УЗО обладает дополнительным достоинством, на которое часто не обращают внимания: устранение возможности хищения электроэнергии путем заземления нулевого проводника. При наличии УЗО и заземлении нулевого проводника равенство токов в линейном и рабочем нулевом проводниках нарушается, УЗО срабатывает и отключает потребителя. С целью обеспечения правильной работы У30 при токах утечки, ПУЭ запрещают объединять РЕ и N проводники, если они были разделены, начиная с какой-либо точки электроустановки.

Последний недостаток сети с системой TN (пятый по счету в перечне, см. выше) в настоящее время не устранен. Пути его устранения:

симметрирование нагрузок по фазам линий;

создание путей, шунтирующих нулевой провод;

создание и внедрение устройств защиты от отклонений фазных напряжений.

Рис. 6. Система ТТ

Поясняющие схемы для систем ТТ и IT приведены на рис. 6 и 7. В подсистеме ТТ имеется один N (рабочий) нулевой проводник, соединенный с заземлителем в одной точке — у источника питания. Корпуса приемников заземлены путем соединения их с повторными заземлителями, что необходимо для обеспечения электробезопасности. Однако при этом напряжение прикосновения не должно превышать допустимого значения, что предъявляет достаточно высокие требования к повторным заземлителям. В системе ТТ ПУЭ предписывают обязательное применение УЗО. Напряжение прикосновения в этой системе не должно превышать 50 В, т. е.

R_aI_a ≤ 50 В,

где I_a — ток срабатывания УЗО; R_a — суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника.

Рис. 7. Система IT

Система с изолированной нейтралью IT, как правило, выполняется без нулевого провода. Для обеспечения электробезопасности корпуса приемников, как и в системе ТТ, заземлены с помощью повторных заземлителей. Быстрого отключения замыкания одной фазы на землю по условиям пожарной безопасности не требуется, т. к. это повреждение не является коротким замыканием и сопровождается незначительными токами. Однако по условиям электробезопасности в такой системе необходимо иметь контроль изоляции сети или должны быть установлены дифференциальные УЗО с током срабатывания не более 30 мА. Для защиты от двойных замыканий на землю, которые сопровождаются большими токами, должно быть выполнено автоматическое отключение питания с временем отключения в соответствии с табл. 1. Если система IT связана через трансформатор с сетью напряжением выше 1 кВ, то с целью защиты от опасности, возникающей при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжения трансформатора, в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения трансформатора устанавливают пробивной предохранитель или иное защитное средство.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях