Глухозаземленная нейтраль: принцип действия и особенности эксплуатации. Терминология глухозаземленная нейтраль - документ

Терминология Глухозаземленная нейтраль - нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока. Изолированная нейтраль - нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.
Заземлитель - проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду. Искусственный заземлитель - заземлитель, специально выполняемый для целей заземления. Естественный заземлитель - сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления. Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Зона нулевого потенциала (относительная земля) - часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю. Зона растекания (локальная земля ) - зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала. Замыкание на землю - случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей. Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности. Рабочее (функциональное) заземление - заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности). Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ - преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Уравнивание потенциалов - электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Защитное уравнивание потенциалов - уравнивание потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности. Выравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли. Защитный (РЕ) проводник - проводник, предназначенный для целей электробезопасности. Защитный заземляющий проводник - защитный проводник, предназначенный для защитного заземления. Защитный проводник уравнивания потенциалов - защитный проводник, предназначенный для защитного уравнивания потенциалов. Нулевой защитный проводник - защитный проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника питания. Нулевой рабочий (нейтральный) проводник (N) - проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока. Совмещенные нулевой защитный и нулевой рабочий (PEN) проводники - проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающие функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников. Главная заземляющая шина - шина, являющаяся частью заземляющего устройства электроустановки до 1 кВ и предназначенная для присоединения нескольких проводников с целью заземления и уравнивания потенциалов. Проводящая часть - часть, которая может проводить электрический ток. Токоведущая часть - проводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе ее работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник (но не PEN-проводник). Открытая проводящая часть - доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции. Сторонняя проводящая часть - проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки.
Прямое прикосновение - электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением. Косвенное прикосновение - электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. Защита от прямого прикосновения - защита для предотвращения прикосновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Защита при косвенном прикосновении - защита от поражения электрическим током при прикосновении к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением при повреждении изоляции. Защитное автоматическое отключение питания - автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности. Разделительный трансформатор - трансформатор, первичная обмотка которого отделена от вторичных обмоток при помощи защитного электрического разделения цепей. Безопасный разделительный трансформатор - разделительный трансформатор, предназначенный для питания цепей сверхнизким напряжением. Защитный экран - проводящий экран, предназначенный для отделения электрической цепи и/или проводников от токоведущих частей других цепей. Основная изоляция - изоляция токоведущих частей, обеспечивающая в том числе защиту от прямого прикосновения. Дополнительная изоляция - независимая изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, выполняемая дополнительно к основной изоляции для защиты при косвенном прикосновении. Двойная изоляция - изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и дополнительной изоляций. Усиленная изоляция - изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, обеспечивающая степень защиты от поражения электрическим током, равноценную двойной изоляции. Защитное электрическое разделение цепей - отделение одной электрической цепи от других цепей в электроустановках напряжением до 1 кВ с помощью:

двойной изоляции; основной изоляции и защитного экрана; усиленной изоляции.

Проводники защитного заземления во всех электроустановках, а также нулевые защитные проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью, в том числе шины, должны иметь буквенное обозначение «PE » (англ. Protective Earthing ) и цветовое обозначение чередующимися продольными или поперечными полосами одинаковой ширины (для шин от 15 до 100 мм) жёлтого и зелёного цветов. Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой «N » и голубым цветом. Совмещённые нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение «PEN » и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зелёные полосы на концах.

электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью; электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью; электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью; электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.

система TN - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников; система TN-С - система TN , в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении; система TN-S - система TN , в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении; система TN-C-S - система TN , в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания; система IT - система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены; система ТТ - система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

Т - заземленная нейтраль (лат. terra ); I - изолированная нейтраль (англ. isolation ).

Т - открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети; N - открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.

S - нулевой рабочий (N ) и нулевой защитный (РЕ ) проводники разделены (англ. split ); С - функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник) (англ. common ); N - нулевой рабочий (нейтральный) проводник; РЕ - защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов); PEN - совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.

Уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым проводящим предметом и другими проводящими предметами, имеющими естественное заземление. Отвод тока утечки при контакте заземляемого проводящего предмета с фазным проводом. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию защитных устройств (устройств защитного отключения - УЗО). В системах с глухозаземлённой нейтралью - инициирование срабатывания предохранителя при попадании фазного потенциала на заземлённую поверхность.

Корпус не заземлён, УЗО отсутствует (наиболее опасный вариант). Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это никак не будет обнаружено . Прикосновение к такому неисправному прибору может быть смертельно опасным. Корпус заземлён, УЗО отсутствует. Если ток утечки по цепи фаза-корпус-заземлитель достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя , защищающего эту цепь), то предохранитель сработает и отключит цепь. Наибольшее действующее напряжение (относительно земли) на заземлённом корпусе составит U max =R G ·I F , где R G − сопротивление заземлителя, I F − ток, при котором срабатывает предохранитель, защищающий эту цепь. Данный вариант недостаточно безопасен, так как при высоком сопротивлении заземлителя и больших номиналах предохранителей потенциал на заземлённом проводнике может достигать довольно значительных величин. Например, при сопротивлении заземлителя 4 Ом и предохранителе номиналом 25 А потенциал может достигать 100 вольт . Корпус не заземлён, УЗО установлено. Корпус прибора будет находиться под фазным потенциалом и это не будет обнаружено до тех пор, пока не возникнет путь для прохождения тока утечки. В худшем случае утечка произойдёт через тело человека, коснувшегося одновременно неисправного прибора и предмета, имеющего естественное заземление. УЗО отключает участок сети с неисправностью, как только возникла утечка. Человек получит лишь кратковременный удар током (0,01…0,3 с - время срабатывания УЗО), как правило, не причиняющий вреда здоровью. Корпус заземлён, УЗО установлено. Это наиболее безопасный вариант, поскольку два защитных мероприятия взаимно дополняют друг друга. При попадании фазного напряжения на заземлённый проводник ток течёт с фазного проводника через нарушение изоляции в заземляющий проводник и далее в землю. УЗО немедленно обнаруживает эту утечку, даже если та весьма незначительна (обычно порог чувствительности УЗО составляет 10 мА или 30 мА), и быстро (0,01…0,3 с) отключает участок сети с неисправностью. Помимо этого, если ток утечки достаточно велик (превышает порог срабатывания предохранителя, защищающего эту цепь), то может также сработать и предохранитель. Какое именно защитное устройство (УЗО или предохранитель) отключит цепь - зависит от их быстродействия и тока утечки. Возможно также срабатывание обоих устройств.

Разрыв (рассоединение, перегорание и т. д.) нулевого проводника на участке между розеткой и щитом (а также далее, вплоть до точки заземления PEN-проводника); Перестановка местами фазного и нулевого (фазный вместо нулевого и наоборот) проводников, идущих к этой розетке.

В электроустановках с глухозаземлённой нейтралью до 1 кВ, когда нет возможности обеспечить электробезопасность только при помощи защитного автоматического отключения электропитания, выполняют электромонтаж повторного заземления.

Повторное заземление – это преднамеренное присоединение в электроустановках до 1 кВ нулевого защитного проводника (РЕ) цепи к заземляющему устройству, которое связанно или не связанно электрически с заземляющим устройством источника питания.

ПУЭ-7 п. 1.7.61

Повторное заземление электроустановок напряжением до 1 кВ, получающих питание по воздушным линиям, должно выполняться в соответствии с 1.7.102-1.7.103. Термин «Рекомендуется» означает, что если существует основная система уравнивания потенциалов к которой присоединены конструкции, используемые в качестве естественных заземлителей, то повторное заземление обеспечивается этими естественными заземлителями и электромонтаж искусственного заземлителя необязателен. Повторное заземление следует выполнять на воздушных линиях и ответвлениях от них в соответствии с ПУЭ-7 п. 1.7.102 и п. 1.7.103

ПУЭ-7 п. 1.7.102

ПУЭ-7 п. 1.7.103
1.7.103. Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой BЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. При удельном сопротивлении земли ρ >100 Ом⋅м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01ρ раз, но не более десятикратного.

Электромонтаж повторного заземления выполняют для понижения напряжения прикосновения на открытых проводящих частях (металлических корпусах электрооборудования и т. д) в следствии, понижается опасность поражения электрическим током при однофазных замыканиях на землю, на открытые или сторонние проводящие части.

Повторное заземление устанавливают для того, чтобы предотвратить занос в электроустановку здания наведенных потенциалов по внешним коммуникациям, входящим в здание и для понижения потенциала, вынесенного на зануленные корпуса электроприемников при обрыве нулевого рабочего проводника питающей линии.

Если установлено повторное заземление, то при замыкании на корпус отдельно-стоящего электроприёмника, ток замыкания проходит не только по нулевому защитному проводнику, но и частично также по земле через сопротивления заземлителей источника питания и повторного заземления. Вследствие чего, напряжение относительно земли на корпусе поврежденного электроприёмника понижается, а напряжение нейтрали источника питания повышается. Соотношение этих напряжений пропорционально соотношению сопротивлений соответствующих заземлителей.

В распределительных сетях городов, заводов и промышленных предприятий схема распределения электрических потенциалов гораздо сложнее, так как от одного трансформатора, зачастую, питаются несколько электроустановок, где для повторного заземления используются естественные заземлители, сопротивление которых учесть расчетом практически невозможно. Поэтому в соответствии с ПУЭ-7 п. 1.7.61, при электроизмерениях, сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.

ПУЭ-7
1.7.61. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется. Внутри больших и многоэтажных зданий аналогичную функцию выполняет уравнивание потенциалов посредством присоединения нулевого защитного проводника к главной заземляющей шине.

Повторное заземление электроустановок напряжением до 1 кВ, получающих питание по воздушным линиям, должно выполняться в соответствии с 1.7.102-1.7.103.

Для отдельно-стоящих электроприёмников наружной установки, а также для зданий или сооружений с металлическим корпусом в непосредственной близости от них повторное заземление выполняет также функцию уравнивания потенциалов между доступными прикосновению проводящими частями этих сооружений и землей, а также снижает возможные значения шаговых напряжений.

Внутри зданий обычно земля недоступна. Опасность поражения электрическим током при однофазных замыканиях в этих условиях определяется значением разности потенциалов между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, для понижения которого необходимо выполнять уравнивание потенциалов на основании ПУЭ-7 п. 1.7.82 и 1.7.83.

ПУЭ-7
1.7.82. Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части (рис. 1.7.7):

1. нулевой защитный РЕ- или PEN-проводник питающей линии в системе TN;
2. заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и ТТ;
3. заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание (если есть заземлитель);
4. металлические трубы коммуникаций, входящих в здание: горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п. Если трубопровод газоснабжения имеет изолирующую вставку на вводе в здание, к основной системе уравнивания потенциалов присоединяется только та часть трубопровода,которая находится относительно изолирующей вставки со стороны здания;
5. металлические части каркаса здания;
6. металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования. При наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине РЕ щитов питания вентиляторов и кондиционеров;
7. заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категорий;
8. заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
9. металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Проводящие части, входящие в здание извне, должны быть соединены как можно ближе к точке их ввода в здание. Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине (см. 1.7.119-1.7.120) при помощи проводников системы уравнивания потенциалов.

ПУЭ-7 п. 1.7.83
1.7.83. Система дополнительного уравнивание потенциалов должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток. Для уравнивания потенциалов могут быть использованы специально предусмотренные проводники либо открытые и сторонние проводящие части, если они удовлетворяют требованиям 1.7.122 к защитным проводникам в отношении проводимости и непрерывности электрической цепи.

ПУЭ-7 п. 1.7.122
1.7.102. На концах ВЛ или ответвлений от них длиной более 200 м, а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания, должны быть выполнены повторные заземления PEN-проводника. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также заземляющие устройства, предназначенные для грозовых перенапряжений (см. гл. 2.4). Указанные повторные заземления выполняются, если более частые заземления по условиям защиты от грозовых перенапряжений не требуются. Повторные заземления PEN-проводника в сетях постоянного тока должны быть выполнены при помощи отдельных искусственных заземлителей, которые не должны иметь металлических соединений с подземными трубопроводами. Заземляющие проводники для повторных заземлений PEN-проводника должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 1.7.4.

Основная задача повторного заземления нулевого защитного проводника в снижении напряжений на открытых проводящих частях и для случая его обрыва. Наиболее опасен случай обрыва нулевого проводника с однофазным замыканием на корпус (землю) за местом обрыва. В этом случае, при отсутствии повторных заземлений, напряжение на корпусах всех электроприёмников за местом обрыва будет близким к фазному в течение длительного времени, поскольку подобное повреждение не может быть отключено автоматически аппаратами защиты.

Современная жизнь человека, ее комфорт и обеспечение всем необходимым, неразрывно связаны с электричеством. Благодаря ему человек имеет средства к существованию и возможность воздействовать на силы природы с целью извлечения максимальной пользы для своей жизни. Но к множеству плюсов, которыми электричество обладает, существует и один огромный минус - приборы и оборудование, потребляющие и вырабатывающие электроэнергию, представляют собой угрозу для жизни человека, если не придерживаться правил их использования.

Электроустановки и их классификация по требованиям безопасности

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

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

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

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

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

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

Безопасная работа электроустановок

Полностью исключить факторы, угрожающие здоровью и жизни людей, работающих на электроустановках, невозможно, потому что они имеют природную подоплеку. Но свести их к минимуму и сделать работу в установках максимально безопасной не только можно, но и необходимо. Для этого все работы по обслуживанию и эксплуатации электроустановок регламентированы в едином сборнике правил и норм: «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ). Одним из важнейших требований ПУЭ является защитное заземление электроустановок. Именно это требование и будет рассмотрено в этой статье более подробно.

Защитное заземление призвано обезопасить персонал, работающий и обслуживающий эти установки и сети, а также потребителей электроэнергии, использующих ее в бытовых приборах и устройствах. Что обеспечивает защитное заземление? Безопасность человека при случайном соприкосновении с металлическими частями электроустановок, не являющихся токоведущими, но оказавшимися под напряжением вследствие пробоя изоляции проводников, находящихся под током.

Что заземляется в электроустановках?

Требования и правила при использовании защитного заземления сведены в единый документ, регламентирующий и определяющий стандартизацию всего процесса - ГОСТ. Заземление, обеспечивающее защиту персонала и потребителей от выполняется строго в соответствии с требованиями ПУЭ и соответствующим ГОСТом. Защитное заземление электроустановок предусматривает электрическое соединение металлических частей электроустановок с землей, а в отсутствии ее - с проводником, заменяющим землю. Также следует отметить, что заземляются те части установок, которые не имеют больше никакой другой защиты.

Таким образом, заземляются металлические корпуса электрических агрегатов, аппаратов, машин, светильников, розеток и выключателей, а также броня кабеля и проводов.

Существующие системы заземления электроустановок

Системы защитного заземления электроустановок определяются на основании таких характеристик источника питания как глухозаземленная нейтраль, изолированная нейтраль. Существует три основных системы, разработанные Международной электротехнической комиссией (МЭК): TN, IT и TT. Рассмотрим их подробнее.

Система TN и ее подсистемы

Системы с глухозаземленной нейтралью, в которых металлические части электроустановки подключены к нейтрали с помощью нулевых заземляющих проводников, относятся к группе TN. В свою очередь, эта группа имеет подгруппы, формирующиеся способом использования нулевого рабочего и защитного проводников. Так, если эти проводники совмещены в одном проводе по всей длине сети, подсистема обозначается TN-C. Это старая советская система. Если же защитный и рабочий нулевой провод совмещены только на участке цепи, начинающемся от источника питания (трансформаторной подстанции), то это уже подсистема TN-C-S. Ну а в случае, когда нулевой рабочий и защитный провод разнесены по отдельным проводам на всем протяжении сети, эта подсистема обозначается TN-S. Она считается более предпочтительной для полной безопасности электроустановки.

Системы IT и ТТ

Система, в которой заземление нейтрали отсутствует или оно выполнено через резонансное заземление, обозначается как IT. В такой системе металлические части электрооборудования заземляются отдельными проводниками, присоединенными к заземляющим устройствам.

Система с глухозаземленной нейтралью, в которой металлические части электрооборудования заземлены с использованием устройств, никаким образом несоединенными с нейтралью источника питания, обозначается TT и применяется исключительно для мобильных помещений. В других случаях такая система требует использования

Заземляющие устройства

Согласно ПУЭ, для защиты человека от опасных напряжений используется схема заземления, смонтированная путем электрического соединения частей установки, выполненных из токопроводящих материалов и изолированных от токоведущих частей, с заземлителем. В свою очередь, заземлитель представляет собой изготовленный из металла проводник, имеющий хорошую электропроводимость и большую площадь соприкосновения с почвой. Все вместе - заземлитель и провода, электрически связывающие его с частями электроустановок и есть заземляющее устройство.

В зависимости от вида тока, использующегося в электроустановках до 1000 В, применяются схемы заземления с глухозаземленной нейтралью или изолированной (переменный ток), глухозаземленной или изолированной средней точкой (постоянный ток). Нейтраль источника питания (генератора или трансформатора) называется глухозаземленной, если она соединена непосредственно с заземляющим устройством, а изолированной считается та нейтраль, которая не имеет с ним соединения или соединена через устройства с большим сопротивлением.

Виды заземляющих устройств

Заземлители подразделяются на два вида: искусственные и естественные. Первый вид заземляющих конструкций предусматривает использование различных металлических предметов. Ими могут быть уголки, стержни и трубы, имеющие в длину не менее двух с половиной метров и зарытые (вкопанные) в землю. Между собой они соединяются полосами стали или отрезками металлической проволоки - катанки - большого диаметра (не менее 8-10 мм) методом сварки. Заземляющими проводниками могут являться как металлические и медные шины, так и медные проволочные жгуты, соединяемые с частями электрооборудования или сваркой, или болтовым соединением.

Второй вид заземляющих конструкций предусматривает использование в качестве заземлителя конструкций зданий, выполненных из металла и надежно соединенных с землей. Все железобетонные конструкции должны иметь металлические закладные для присоединения заземляющих проводников. В этом случае заземляющие проводники ничем не отличаются от проводников, применяющихся и в искусственных заземлителях.

Еще одним видом заземляющего устройства является зануление. Такой вид защитного заземления заключается в соединении изолированных от тока частей электроустановок с глухозаземленной нейтралью через нулевой провод. Зануление обеспечивает возникновение КЗ при любом замыкании фазы на корпус устройства и позволяет более эффективно сработать защитной отключающей аппаратуре.

Требования к заземляющим устройствам

Все устройства, использующиеся для заземления, должны соответствовать стандартам, утвержденным государством, строительным нормам и ПУЭ. Их задача - обеспечить безопасность людей, защиту электроустановок и режимы их эксплуатации.

Ни в коем случае не допускается нескольких частей электроустановки заземляющими проводниками - каждой части должен соответствовать только один кабель заземления, имеющий диаметр сечения не меньший, чем указанный в ПУЭ. Заземляющие проводники, размещенные открыто, защищаются от воздействия агрессивной среды путем окраски их в черный цвет.

Техническое состояние устройств заземления и проверка заземления осуществляется методом осмотра невооруженным глазом видимой части устройства, осмотра с частичным вскрытием грунта и измерением параметров заземляющего устройства. Видимая часть устройства осматривается один раз каждые шесть месяцев.

Требования к соединениям защитных и заземляющих проводников

Все соединения заземлителя и заземляющих проводников выполняются методом сварки. Корпуса электроустановок, машин и аппаратов, главный заземляющий контакт на контуре заземления и опорах высоковольтных линий соединяются с помощью заземляющего проводника болтовым креплением. Заземляющие проводники выполняются из стальных или медных шин, а также медных жгутов. Также в качестве заземляющих проводников может использоваться кабель заземления. Для этих целей применяется как многожильные, так и одножильные медные которых позволяет осуществлять низкоомные соединения.

Измерение сопротивления заземляющих устройств

Чтобы убедиться в соответствии сопротивления действующего заземляющего устройства требованиям правил и инструкций, проводятся измерения существующего сопротивления. Задача такого измерения заключается в определении величины сопротивления заземляющей системы проходящему через нее на землю току - так называемому току растекания.

Измерения проводятся в соответствии с требуемыми нормами безопасности: недопущение однофазного замыкания и использования средств личной защиты, включающих диэлектрические перчатки и боты, а также изолирующий инструмент.

Оборудование и средства для измерения сопротивления заземления

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

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

Методы проверки заземления

Величина сопротивления растекающемуся току для различных заземляющих устройств неодинакова и зависит от множества факторов, таких как вид электроустановки, состояние грунта в месте монтажа этой установки, а также использованного типа такого устройства.

Методика измерений содержит два способа, которые отображены в правиле, действующем для приборов ИС-10 при измерении ими сопротивления заземления. Если сопротивление устройства, указанное в его паспорте, выше 5 Ом, используется трехпроводная схема. Если же значения меньше этой величины - используется четырехпроводная схема.

Источниками питания потребителей являются генераторы или силовые трансформаторы. Обычно трехфазные обмотки соединяются в звезду. Общая точка этого соединения называется нейтралью. Если она напрямую или через небольшое сопротивление (трансформатор тока) соединяется с контуром заземления непосредственно у источника электроснабжения, то это – глухозаземленная нейтраль.

Работа нейтрали с заземлением – лишь один из возможных режимов ее работы. В зависимости от условий работы сети при однофазных замыканиях на землю, требуемых способов защиты людей от поражения электрическим током, способов ограничения перенапряжений используются и другие режимы:

• с незаземленной (изолированной) нейтралью;
• с компенсированной (резонансно-заземленной) нейтралью;
• с эффективно заземленной нейтралью.

Эти режимы характерны для электроустановок с напряжением 6 кВ и выше. Система с изолированной нейтралью применяется и при напряжении до 1000 В, но не столь широко, как заземленная. Она обеспечивает высокую безопасность при эксплуатации передвижных электроустановок, горных предприятий, где использование контура заземления для обеспечения электробезопасности ненадежно или неэффективно.

Установка в нейтральном проводнике компенсационных установок позволяет уменьшить емкостной ток замыкания на землю электроустановок выше 1000 В. Компенсация осуществляется за счет плавно или ступенчато изменяемой индуктивности катушки. В точке замыкания на землю ток при полной компенсации становится равным нулю. Дополнительно для эффективного срабатывания защиты используется резистивное заземление нейтрали. Она создает активную составляющую тока, на который реагирует реле ячейки, питающей поврежденную линию.

Эффективное заземление нейтрали применяется на линиях электропередач напряжением 110 кВ и выше.

Все бытовые, сельские, дачные электросети питаются от трансформаторных подстанций с глухозаземленной нейтралью. Поэтому рассмотрим особенности ее работы поподробнее.

Конструкция сетей с глухозаземленной нейтралью

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

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

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

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

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

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

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

Защита людей от поражения током в сети с глухозаземленной нейтралью

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

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

Поражение людей электрическим током возможно при случаях:

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

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

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

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

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

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

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.

Производство, преобразование, транспортировка, распределение и потребление электрической энергии осуществляется по симметричной трехфазной системе проводов. Симметричность системы достигается равенством фазных и линейных напряжений, равномерной загрузкой всех фаз по току, одинаковым сдвигом фаз напряжений и токов.

Однако, в процессе эксплуатации неизбежны нарушения симметрии трехфазной системы, которые могут быть вызваны: обрывом провода, пробоем изоляции, перекрытием на посторонние предметы, непереключением фаз коммутационных аппаратов и пр.

В любом случае, несимметрия ведет к появлению токов обратной и нулевой последовательности, а также апериодической составляющей токов, которые могут быть опасны для сохранности оборудования. Поэтому несимметрия должна быть устранена как можно быстрее. На быстродействие релейной защиты при неполнофазных режимах значительное влияние имеет режим работы нейтрали сети.

Различают несколько режимов работы нейтрали: изолированная , глухозаземленная и эффективно заземленная . У каждого режима есть свои достоинства и недостатки. В сетях напряжением до 35 кВ включительно применяют изолированную нейтраль . Это означает, что средняя точка обмоток ВН трансформатора не соединена с землей.

Однофазное замыкание при такой системе электроснабжения на землю, не приводит к аварийному отключению поврежденной линии, так как ток замыкания на землю довольно незначителен, его величина обусловлена только емкостью двух неповрежденных фаз относительно земли. Ток однофазного замыкания на землю, в сетях до 35 кВ не способен поддерживать горение дуги.

При металлическом замыкании одной фазы («полная земля»), напряжение на двух других возрастает до линейного, но электроснабжение потребителей сохраняется по двум оставшимся фазам. Для сохранности трансформаторов при таких режимах работы, изоляцию его нейтрали выполняют на класс напряжения соответствующий изоляции линейных вводов.

При значительных емкостных токах линий до 35 кВ, применяют дугогасящие катушки, подключаемые к нейтрали трансформаторов. Гашение дуги обеспечивается индуктивностью катушки, которая компенсирует емкостный ток замыкания на землю.

Системой электроснабжения с эффективно заземленной нейтралью считается сеть, в которой заземлена часть нейтральных обмоток силовых трансформаторов. Однофазное короткое замыкание, в таких сетях, приводит к отключению поврежденного участка.

Ток короткого замыкания проходит от места повреждения до ближайших заземленных нейтралей трансформаторов по земле, распределяясь в соответствии с сопротивлением петли фаза – ноль. К трансформаторам, нейтрали которого не заземлены, ток короткого замыкания (в дальнейшем - КЗ) не протекает.

Учитывая тот факт, что на все виды повреждений в электрических сетях, 80 % повреждений приходится на однофазные КЗ, и тот факт, что близкие однофазные КЗ. имеют значительные величины токов, их влияние стараются ограничить.

Для этого часть нейтралей в сети оставляют незаземленной, увеличивая тем самым сопротивление петли замыкания и, ограничивая однофазные токи КЗ. Общий баланс заземленных и незаземленных нейтралей рассчитывается исходя из условий селективной работы устройств РЗА и ограничения токов КЗ.

Кроме того, важным условием при выборе точек заземления, является условие ограничения перенапряжения на нейтральных обмотках при несимметричных повреждениях. На силовом оборудовании класс изоляции нейтралей как правило, принимают на один класс напряжения ниже номинального напряжения обмоток ВН. Такая практика позволяет сэкономить на изоляции и габаритах оборудования, что дает высокий экономический эффект.

Однако с другой стороны, сниженный уровень изоляции нейтрали ведет к необходимости применения оборудования, которое бы ограничивало перенапряжения и токи в нулевом выводе. В качестве защиты от кратковременных перенапряжений могут применяться ограничители перенапряжений, для ограничения токов применяются токоограничивающие реакторы и конденсаторы.

В режиме глухого заземления работают сети с бытовым потребителем. При таком режиме работы нейтрали средняя точка обмоток НН трансформатора присоединяется к заземляющему контуру. В распределительных щитках жилых домов, корпус щитков также присоединяется к заземляющему контуру.

Так, в каждую квартиру или дом “заходит” два провода: фазный и нулевой – обеспечивая тем самым потребителя напряжением 220 В. При повреждении изоляции фазного провода, и прикосновении его к заземленным конструкциям, происходит немедленное отключение поврежденного участка сети. Бетонные стены и полы в многоквартирных домах, также имеют потенциал земли.

Ток КЗ имеет достаточные значения для срабатывания защитной коммутационной аппаратуры. В последнее время, для повышения уровня электробезопасности, помимо рабочего нуля, в жилые помещения заводят и проводник защитное заземление, которое подключается к корпусам электроприборов. Провод защитного заземления в щитке также присоединяется к заземленным конструкциям.

Следует отметить, что автотрансформаторы любого класса напряжения всегда работают с глухозаземленной нейтралью. Изоляция обмоток СН автотрансформатора выполнена, исходя из значения типовой мощности, которая меньше номинальной, а значит и уровень изоляции сниженный. В этом, собственно говоря, и состоит экономическая выгодность автотрансформатора перед трансформатором.

При неполнофазных коммутациях автотрансформаторов, в электромагнитной системе возникают опасные перенапряжения, которые могут быть ограничены глухим заземлением нулевого вывода.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что режим работы нейтрали оказывает существенное влияние на надежность электроснабжения и режим работы энергосистемы в целом.