Устройство заземления: виды и монтаж

В электрических сетях с напряжением от 6 до 35 кВ используются реакторы для снижения токов короткого замыкания (КЗ). Когда заземлитель активируется, через него протекает ток, вызванный как емкостным, так и индуктивным воздействием от этого устройства. Если токи имеют одинаковую величину, наступает состояние резонанса с нулевой нагрузкой в сети, что требует специфических мер защиты.

Классификация нейтралей в сетях и электроустановках

Нейтралью называется соединение обмоток генераторов или трансформаторов в одной точке, при этом речь идет о трехфазных электрических сетях, использующих звездообразное соединение. В том случае, когда обмотки соединяются по треугольной схеме, используется также схема, известная как «скользящий треугольник».

Через этот проводник проходит ток в случае аварийной ситуации или при нарушении равновесия фазовых токов. Ключевым моментом является понимание того, какой режим нейтрали задействован в данной сети.

Виды нейтралей в сетях

Следует отметить, что режим нейтрали классифицируется в зависимости от типа используемых сетей, и в частности, как раз в сетях напряжением менее 1000 В, нейтраль делится на системы TN, IT и TT. Первые буквы в обозначениях говорят о следующем:

• Т (терра) – это означает, что нейтраль неразрывно заземлена;
• I (изолят) – это свидетельствует о том, что нейтраль изолирована.

Расшифровка вторых букв указывает на следующие значения:

• N (нейтраль) – это означает, что заземление осуществляется через нейтральный проводник, который напрямую подключен к источнику питания;
• Т – обозначает независимое заземление.

Систему TN можно разделить на три дополнительные подгруппы с обозначениями С, S и C-S. В данном случае буквы С и S указывают на возможность совместного использования в одном проводнике функций защиты и работы — комбинированный и раздельный режимы соответственно.

Сети до 1 кВ

В следующих разделах будет представлен краткий обзор систем нейтралей для сетей с напряжением менее 1 кВ.

TN

Системы TN имеют глухозаземленную нейтраль, при этом заземление открытых проводящих частей осуществляется через этот проводник. Заземляющий проводник соединяется с заземляющим контуром с помощью электросварки или болтового соединения. Также может быть использован небольшой резистор, представляющий собой токовый трансформатор.

Такие сети обеспечивают питание потребителей как однофазными, так и трехфазными характеристиками.

ТТ

В системах ТТ нейтраль также выполняется в виде глухозаземленной, однако заземление открытых проводников подключения производится независимым устройством, не связанным с нейтральным проводом. Таким образом, защитное заземление не выводится от источника электричества, а устанавливается отдельно на потребляющем агрегате.

IT

В системе IT нейтральные проводники как трансформаторов, так и генераторов изолированы и заземлены с помощью устройств с высоким сопротивлением, при этом открытая часть заземляется отдельно. Данный метод обычно используется в электросетях, подключенных к промышленным объектам, где временные перебои в энергии недопустимы.

Сети более 1 кВ

В высоковольтных сетях применяются иные методы подключения нейтрали. К ним относятся:

• Сети с изолированной нейтралью с напряжением 6 – 35 кВ;
• Сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор;
• 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

Изолированная нейтраль означает отсутствие нулевой точки при соединении трех фаз в треугольник. Данная система применяется при напряжении от 6 до 35 кВ.

Эффективно-заземленная нейтраль

Особенности эксплуатации

Правильная организация заземляющей системы должна следовать определенным принципам:

1. Обеспечение защиты от индукционных токов, которые могут возникать, например, при ударе молнии. Это происходит из-за создания как электростатической, так и электромагнитной индукции.
2. Создание электроцепи с низким сопротивлением в случае замыкания. Ток легко проходит через такую цепь, что обеспечивает безопасность пользователей. В случае случайного касания устройства во время пробоя, опасное напряжение не создается.

Защитное заземление необходимо в электрических сетях с напряжением:

1. Более 1 кВт. Здесь допустимы все режимы обмоток источника питания как переменного, так и постоянного тока.
2. Менее 1 кВт:

• В системах постоянного тока с двумя проводами, где имеется изоляция обмотки источника;
• В системах переменного тока с двумя однофазными проводниками, изолированными от земли;
• В системах переменного тока с тремя трехфазными проводниками и изоляцией нейтрали.

Подчеркнем, что система заземления работает лучше всего в сетях с изолированной нейтралью.

Виды заземлителей

Для создания рабочего или защитного заземления используются специальные устройства под названием заземлители. Они бывают двух видов:

• Искусственные — это конструкции, выполненные из неметаллизированного металла. Иногда применяются специальные защитные составы для предотвращения коррозии, которые не ухудшают проводящие свойства. Примером такого заземления может быть токопроводящий бетон.
• Естественные — это различные токопроводящие элементы, имеющие контакт с землёй. Использовать такие конструкции как естественные заземлители, которые могут подвергнуться риску взрыва или воспламенения (например, газопроводы), запрещено.

При работе с искусственными заземлителями важно учитывать необходимость использования металлических прутков или пластин для создания металлосвязи. Это подразумевает соединение верхних концов заземлителей сваркой в единую систему, которая затем ведется в здание с помощью заземляющей шины, обеспечивая жесткость и целостность контура.

Как должно осуществляться заземление в трехпроводной сети?

В современных новостройках часто используется трехпроводная электрическая сеть. Она включает фазу, нуль и заземляющий провод (обычно это желто-зеленый кабель). Нуль и земля соединяются в распределительном щитке с помощью единого заземляющего шина, но не под общим контактным зажимом, что прописано в Правилах Устройства Электроустановок (ПУЭ) пункт 7.1.36. Заземляющий провод подводится к каждой розетке одним непрерывным куском кабеля. Большинство современных электроприборов уже имеют третью заземляющую вилку, что гарантирует защиту их корпусов при подключении.

Основное отличие между нулем и землей заключается в их функциональном назначении. Нуль и фаза служат для питания электроприборов, тогда как земля предназначена для защиты людей и животных от электрического удара в случае пробоя. Рабочий нуль может использоваться как земля, если не нарушаются условия ПУЭ п. 1.7.83. Тем не менее, настоятельно рекомендуется выполнять проводку сразу с заземляющим проводником, чтобы избежать потенциальных рисков использования нуля не по назначению.

Проверьте свои знания в электрике:

ВЫВОД

Заключая, можно констатировать, что многие сети с изолированной нейтралью в диапазоне от 6 до 35 кВ функционируют с рядом проблем. Для текущей ситуации, когда во многих странах от использования изолированной нейтрали отказались, трудно найти логичное объяснение ее широкому распространению в России.

Часть отечественных специалистов склоняются к необходимости развития практики компенсированной нейтрали, другая часть — к переходу на резистивное заземление. О расчетах различий компенсации нейтральных режимов можно ознакомиться в наших предыдущих материалах, в то время как информация о резистивном заземлении и выборе резисторов будет представлена в следующем исследовании.

ССЫЛОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Фишман В.С. Нейтраль распределительных сетей. Какое решение предпочтительнее? Новости электротехники, № 84, 2013⎘.
2. СТО Газпром 2-1.11-070-2006. Методические указания по выбору режима заземления нейтрали в сетях напряжением 6 и 10 кВ дочерних обществ и организаций ОАО Газпром⎘.
3. Титенков С.С., Пугачев А.А. Режимы заземления нейтрали в сетях 6-35 кВ и организация релейной защиты от однофазных замыканий на землю. Энергоэксперт, № 2 — 2010⎘.
4. Телегин А.В., Ширковец А.И. Проблематика замыканий на землю и режим заземления нейтрали в сетях среднего напряжения стран Европы и Америки. Наука, 2012⎘.
5. Цапенко Е.Ф. Замыкания на землю в сетях 6-35 кВ. 1986⎘.
6. Емельянов Н.И., Ширковец А.И. Актуальные вопросы применения резистивного и комбинированного заземления нейтрали в электрических сетях 6–35 кВ. Энергоэксперт, № 2 — 2010⎘.

Присоединяйтесь, чтобы не пропустить самое важное.

Какими достоинствами и недостатками обладает ЭЗН?

При использовании эффективной заземленной нейтрали в электрических сетях с напряжением свыше 110 кВ выделяются следующие преимущества:

• При коротких замыканиях схемы с эффективно заземленной нейтралью способны стабилизировать потенциалы сети, что предотвращает возникновение довольно устойчивой заземляющей дуги.
• Кратковременные КЗ воздействуют на изоляцию кабелей и электроустройств с меньшим напряжением. Это позволяет применять изоляционные материалы с меньшим запасом прочности, что приводит к значительной экономии при эксплуатации сетей.
• Установка и использование селективных автоматических устройств защиты с минимальным временем реакции. Это позволяет мгновенно реагировать на возникновение неисправностей и предотвращать их усугубление.

Однако эффективные заземленные нейтрали имеют и некоторые недостатки:

• При любых коротких замыканиях неисправный участок полностью обесточивается. Обычно к системам релейной защиты дополнительно подключаются автоматические средства повторного включения. В результате, если отключение произошло автоматически, риск сбоев в электроснабжении возрастает, что отрицательно сказывается на потребителях и их деятельности. Поэтому ответственные потребители могут устанавливать дополнительные устройства для бесперебойного питания.
• При коротких замыканиях интенсивность электромагнитных импульсов повышается, что негативно сказывается на работе и функциональности средств связи. Чаще всего в этом случае необходимо их дополнительное экранирование.
• Эксплуатация ЭЗН требует использование более сложных защитных устройств, обладающих минимальным временем срабатывания при коротком замыкании.
• Если токи короткого замыкания превышают допустимые значения, генераторная установка может выйти из режима синхронизации. Это происходит из-за того, что при возникновении КЗ генератор как будто приостанавливается в работе.
• Высокие токи, возникающие при коротких замыканиях, могут привести к повреждениям кабелей и их изоляции, а также вызвать механические повреждения компонентов, например, металлических частей статора генератора при пробое изоляции на землю.
• Повышение шагового напряжения, возникающее также при коротком замыкании, значительно увеличивает риск для людей — вероятность удара током возрастает.
• При обрыве нейтральных проводов и отсутствии дублирующего заземления электрооборудование остается практически без защиты.

Подводим итоги

Итак, принцип функционирования электрических сетей с эффективно заземленной нейтралью можно обрисовать следующим образом: в случае замыканий на землю, большинство из этих замыканий связано с высокими токами коротких замыканий, и они исчезают, как только подача напряжения в сети прекращается. После повторного автоматического включения напряжения в линии электроснабжения её работа полностью восстанавливается.

Если заземлены только отдельные трансформаторы, то это приведет к уменьшению токов короткого замыкания. К примеру, если подстанция включает две трансформаторные установки, то только одна из них будет присоединена к заземлению.