Что такое электрическая сеть с глухозаземленной нейтралью
Что такое глухозаземленная нейтраль — определение простым языком
Что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и область применения. Классификация сетей с глухозаземленной нейтралью трансформатора.
Глухозаземленная нейтраль является частью системы электроснабжения потребителей, она направлена на безопасное использование сетей до 1000 Вольт, которые чаще всего применяются в быту и на производстве в качестве источника стандартного уровня низкого напряжения — 0,38кВ, 0,22кВ и ниже. Нейтраль — это общая точка соединения обмоток звездой у источников электроэнергии, которыми являются трансформаторы или же генераторы. Если эту точку соединить с землёй, то и получится сеть с глухозаземлённой нейтралью. В нулевой точке происходит выравнивание потенциалов, что очень удобно для обеспечения электроэнергией и однофазных, и трехфазных источников.
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:
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.
Объяснение для чайников
Понижающая подстанция, в которой установлен трансформатор, имеет свой контур заземления. Он соединен между собой стальными шинами и прутами, в один заземляющий контур. К потребителям в электрический щиток от подстанции прокладывается кабель, который содержит четыре жилы. Если потребителю необходимо питание от трёхфазной цепи 380 Вольт, то подключаться необходимо ко всем жилам. В однофазное сети 220 В питание будет осуществляется от нулевого провода и от одной из фаз. Защита людей в однофазных и трехфазных цепях, если нет системы заземления, должна осуществляется за счёт специальных устройств защитного отключения (УЗО), которые срабатывают при небольшой утечке на ноль, при этом отключают надёжно потребителя от сети.
Классификация сетей с глухозаземлённой нейтралью
Современная система электроснабжения имеет стандартную маркировку где помимо рабочего нулевого проводника присутствует и защитный, что и даёт определение степени защищённости.
Существуют несколько подсистем в цепях с источником энергии, имеющим глухозаземлённую нейтраль:
Важно знать
Для электроснабжения однофазных и трёхфазных потребителей в промышленности и в бытовых условиях используют так называемое зануление, которое «якобы» является действенным методом, обеспечивающим автоматическое отключение электроустановки или части её, в которой произошло короткое замыкание. При занулении в цепях с глухозаземлённой нейтралью к нулевому проводу подключаются все металлические части и корпуса электрооборудования. Как работает данная защита? Дело в том что при любом коротком замыкании на корпус цепь переходит в режим короткого замыкания, ток в цепи автоматического выключателя сильно увеличивается и аварийный участок отключается от сети.
Преимуществом такой системы являются экономия расходов на проводку защитного заземления, а также снижение стоимости кабельной продукции, так как к одной и той же цепи можно подключить и однофазные и трёхфазные электроприёмники.
Однако недостатком глухозаземлённой нейтрали, организованной по принципу защитного зануления, можно назвать недостаточность обеспечения защиты человека при пробое изоляции на корпус электроприбора во время обрыва нулевого провода, который является и защитным. И это очень важный момент — зануление является опасной мерой защиты, поэтому оно организовываться в домашних условиях ни в коем случае не должно!
Современное электроснабжение всё-таки направлено больше на безопасность, поэтому требует установки УЗО и отдельного защитного заземляющего контура, через который даже самые незначительные токи утечки будут уходить в землю, при этом не подвергая человека опасности.
Теперь вы знаете, что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и в каких сетях она применяется. Если остались вопросы, можете задавать их в комментариях под статьей!
Глухозаземленная нейтраль. Устройство и работа. Применение
Схема сети с глухозаземленной нейтралью служит для защиты человека от поражения электрическим током. В аварийных случаях глухозаземленная нейтраль выравнивает потенциалы, вследствие чего касание человека к металлическим частям электрооборудования становится безопасным.
Защитное устройство также сыграет свою роль в аварийных ситуациях, отключив подачу питания, так как при коротких замыканиях сила тока в сети возрастает.
Глухозаземленная нейтраль — устройство и работа
Питание потребителей электрической энергией производится с помощью силовых трансформаторов и генераторов. Чаще всего обмотки трех фаз этих устройств соединены по схеме звезды, в которой общая точка является нейтралью. Если эта нейтраль соединена с заземлением через малое сопротивление, либо напрямую, непосредственно возле источника питания, то ее называют глухозаземленная нейтраль.
Рис 1
Применяются также и другие режимы работы нейтрали с заземлением, в зависимости от режимов работы сети при замыканиях на землю, необходимых методов защиты человека от удара током, методов ограничения перенапряжений с:
Такие режимы используются для электрических устройств на 6 киловольт и более. Изолированная нейтраль используется до 1 кВ, и не нашла широкого применения. Она делает безопасной работу только передвижных устройств, в которых невозможно выполнить контур заземления.
Монтаж на нейтрали устройств компенсации дает возможность снизить емкостный ток замыкания устройств, действующих с напряжением более 1 кВ. Компенсация производится с помощью катушек индуктивности, вследствие чего ток в точке замыкания становится нулевым. Для эффективной работы защиты применяется заземление нейтрали резистором. Он образует активную часть тока, на который действует защитное реле.
Глухозаземленная нейтраль является наиболее эффективным способом защиты людей от поражения током. Она применяется в большинстве электрических сетей питания. Напряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нолем – фазным. Номинальное напряжение электроустановки определяется по линейному значению напряжения. Оно может быть 220, 380, 660 вольт. В бытовых сетях питания напряжение равно 380 вольт.
Однофазные потребители подключаются между фазами и нолем равномерно. Силовой трансформатор на подстанции имеет заземляющий контур. В него входят металлические детали, соединенные между собой, и углубленные в землю. Размеры контура определяют с учетом эффективного распределения тока по земле при замыкании.
Работоспособность заземления определяется величиной сопротивления растекания тока. Допустимые величины этого параметра указаны в правилах электроустановок. Для электроподстанций сопротивление заземления не должно быть выше 4 Ом при напряжении 380 вольт.
Заземляющий контур соединяется с нулевой шиной, выполненной в виде металлической полосы. К ней подключается провод нулевого вывода трансформатора. Также к ней подключаются жилы кабелей, которые отходят к потребителям. Фазы подключаются к автоматическим выключателям, рубильникам, контактам предохранителей.
Кабели, отходящие от подстанции, имеют четыре жилы. В кабелях старого образца могут быть три жилы в алюминиевой оболочке, которая выступает в качестве провода ноля. Для ввода питания существуют вводные распределительные устройства, которые содержат шину ноля. К ней присоединяют нулевые жилы отходящих и питающих кабелей. Вводное устройство может иметь контур повторного заземления, подключенного также к шине ноля.
Чтобы понять, как работает глухозаземленная нейтраль, рассмотрим аварийный режим.
Пример аварийного случая
На некотором электрооборудовании, на котором работают люди, произошел обрыв провода фазы. При этом фазный провод прикоснулся к металлическим корпусным элементам. В результате возникло короткое замыкание, при котором резко повысилась сила тока. Плавкий предохранитель или электрический автомат сработают и отключат питание сети.
В теории потенциал провода ноля относительно земли имеет нулевое значение. Повторное заземление в электроустановке потребителя упрочняет эту нулевую величину.
Возможные случаи поражения людей током:
Чтобы исключить аварийные случаи, корпуса устройств соединяют с заземлением. В промышленности по периметру цехов прокладывают металлическую полосу, к которой подключают все металлические элементы. Таким образом уравниваются потенциалы с землей.
При замыкании фазы на корпус заземленного устройства, ток будет протекать к заземлению, даже при отказе защитных устройств. Сопротивление тела человека относительно земли значительно выше сопротивления между корпусом устройства и землей. Таким образом, человека спасает глухозаземленная нейтраль.
Другим принципом защиты является быстрое обесточивание сети. Этому способствует защитное устройство в виде автоматического выключателя, либо предохранителя.
Чтобы защитить людей от шагового напряжения, в полу помещения встраивают металлическую сетку, которая в разных местах соединяется с заземляющим контуром. Этим способом ноги человека шунтируются металлической арматурой решетки, и основная часть электрического тока пройдет мимо человека.
Требования ПУЭ
Заземление должно подключаться к устройству специальным проводником. Для сокращения пути протекания электрического тока и уменьшения затрат, подбирают место непосредственно рядом с источником напряжения, например, трансформатором. Имеется ограничение, заключающееся в том, что если заземлителем является имеющийся бетонный фундамент, то к арматуре бетонного основания, выполненного из металла, подключение выполняют в двух и более местах.
Подобное число подключений выполняют к каркасам из металла, которые расположены в глубине грунта. При таких условиях система заземления способна достаточно эффективно защитить человека от неприятных ситуаций.
Если в качестве источников питания выступают трансформаторы, находящиеся на разных этажах здания, то подключение к нейтрали производится отдельным проводом, который подключают к металлическому каркасу всего строения.
В цепи подключения заземления не должно находиться предохранителей, плавких вставок и других компонентов, которые могут нарушить неразрывность этой цепи. Также принимают вспомогательные меры, которые препятствуют механическим повреждениям.
Некоторые ограничения ПУЭ
Например, если используется стальной уголок, то толщина его стенки должна быть не менее 4 мм. Общая площадь сечения для проводов заземления, соединяющихся с основной шиной, согласно п. 1.7.117 ПУЭ, должна быть:
Электрический автомат, устанавливаемый для защиты, должен иметь скорость срабатывания при коротком замыкании более 0,4 с при 220 вольт.
В бытовой сети согласно п. 7.1.36 ПУЭ требуется прокладывать сеть к потребителям от общих щитков тремя проводниками: фаза, рабочий ноль и защитное заземление (глухозаземленная нейтраль). Однако во многих квартирах это требование нередко нарушается, что подтверждается отсутствием в розетках заземляющего контакта.
Старые нормативные требования для отечественных зданий были определены для незначительных мощностей. На сегодняшний день мощности бытовых электрических устройств значительно повысились. В квартирах появились кондиционеры, варочные панели, духовые шкафы, которые имеют повышенную мощность.
Для повышения эффективности защиты в современных квартирах обязательным условием является наличие заземления. В новых домостроениях глухозаземленная нейтраль уже заложена в стандартных проектах. В старых постройках хорошие хозяева монтируют заземление при капитальном ремонте.
Что такое глухозаземленная нейтраль – ее плюсы и минусы
Уберечь человека от поражения электрическим током во время возникновения аварийных ситуаций помогает глухозаземленная нейтраль, обеспечивающая его защитное отключение. Это становится возможным за счет выравнивания потенциалов и срабатывания устройства в момент возрастания силы тока.
Схема глухозаземленной нейтрали
Нужно понимать, что использование этого механизма в реальной жизни так же, как и с изолированной нейтралью, строго регулируется специальными правилам устройства электроустановок (ПУЭ).
Принцип действия
Согласно Правилам, под этим термином стоит понимать соединение трансформатора (нейтрали генератора) с устройством для заземления. Так, например, если речь идет о трехпроводной сети, прокладываемой к жилому дому от источника питания, нейтраль будет распределена по щиткам с последующим к ней подключением контуров заземления электрооборудования дома. Цепь такого рода не допускает установку предохранителей, подверженных плавлению, и устройств, способных выступить в роли разрушителей единства цепи.
Рабочий ноль — проводник, работающий в тандеме с третьим проводом. Они помогают создавать в доме нужное для работы основных электроприборов напряжение.
Плакат по электробезопасности «Установки с глухозаземленной нейтралью»
Рассмотрим пример аварийной ситуации. В стиральной машине вибрация стала причиной отсоединения фазного провода от места крепления, что привело к его контакту с металлическим корпусом. Что происходит? Короткое замыкание, в процессе чего сила тока быстро набирает обороты. Автовыключатель справится с задачей — питание отключится. Человек, случайно коснувшийся провода, не будет поражен током, так как сопротивление R0 окажется меньше, чем при прохождении тока через человеческое тело.
Для эффективной работы системы с глухозаземленной нейтралью или с изолированной нейтралью (без подключения к устройству заземления) в ответственный момент важно опять же следовать Правилам.
Достоинства и недостатки метода
Система имеет как плюсы, так и минусы.
К достоинствам можно отнести следующие факты:
К минусам стоит отнеси:
Немного о применении метода заземления с глухозаземленной нейтралью: его не выбирают для создания подземных или воздушных сетей среднего напряжения в Европе, зато активно используют в распределительных сетях североамериканских объектов. Целесообразно использование глухозаземленной нейтрали в случаях маломощности источника при коротком замыкании.
Что такое системы TN
TN будут называться системы с использованием глухозаземленной нейтрали для подключения защитных и нулевых функциональных проводников. Важный момент — в таких системах к нулевому проводнику, в свою очередь соединенному с нейтралью, должны быть подключены все корпусные электропроводящие детали.
Такая система отличается подключением нейтрали к контуру заземления вблизи трансформаторной подстанции. Нейтраль в этом случае не заземляется с помощью дугогасящего реактора.
На предприятиях промышленного типа наиболее целесообразными являются четырехпроводные трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В со вторичной обмоткой, объединенной в звезду и наглухо соединенной нейтральной точкой с устройством для заземления.
Зануление пробоя изоляции обмотки двигателя приведет к появлению большого тока короткого замыкания и срабатыванию механизма защиты, в результате чего двигатель будет отключен от сети. В случае отсутствия зануления корпуса двигателя повреждение изоляции обмотки приведет к созданию опасной ситуации на корпусе касательно земли.
В случае однофазного КЗ на землю относительно нее напряжения на целых фазах остается прежним, поэтому изоляция может быть устроена с уклоном не на линейное, а на фазное напряжение.
Итак, глухозаземленной нейтралью называется нейтраль генератора или трансформатора, которая подсоединена к заземляющему устройству.
Главным преимуществом ее использования является возможность предотвращения воспламенения электропроводки за счет автоматического отключения поврежденного участка от сети. Кроме того, в случае короткого замыкания между нейтральным проводом и поврежденной фазой и соответственно увеличивающимся током срабатывают токовые реле, опасность поражения сводится к минимуму.
Системы заземления
Обустройство систем заземления необходимо при монтаже и эксплуатации сетей освещения, различных электроустановок и электрооборудования. В соответствии с нормативными документами, при эксплуатации электрооборудования может использоваться только искусственные системы заземления, спроектированные в соответствии с особенностями объекта или электроустановки.
Обозначения в системах заземления
В обозначениях систем используются латинские буквы:
В обозначениях систем первая буква определяет тип заземления источника питания, вторая буква указывает тип заземления открытых компонентов электроприемника.
Правильно спроектированное и реализованное заземление является одним из базовых условий обеспечения электробезопасности объектов, на которых эксплуатируется бытовое или промышленное электрическое оборудование. При выполнении заземления необходимо руководствоваться требованиями ПУЭ (Правила устройства электроустановок).
Две категории систем заземления
TN: система заземления с глухо заземленной нейтралью
Функциональный «ноль» в данном случае обозначается буквой «N», а совмещение «нулевого» функционального и защитного проводника – «PEN». У данной системы заземления есть три подвида TN-C-S, TN-C и TN-S. Отличия между ними заключаются в разных способах подключения проводников «PE» и «N».
В этой системе не применяется метод заземления нейтрали при помощи дугогасящего реактора, который в других типах систем используется в качестве компенсаторного устройства.
TN-C: система с рабочим и защитным «нулём» в одном проводнике
Стандартная TN-C система заземления – это 4-проводная схема подачи тока с «нулевым» и тремя фазными проводами. Данная система подразумевает совмещение нулевых рабочих и защитных проводника в одно на всём протяжении. Другими словами, в TN-C PEN-проводник общий, он применяется и для подключения приёмников тока и для «зануления» их корпусов (открытых токопроводящих компонентов).
«Зануление» корпуса нужно на случай повреждения изоляции либо обрыва фазного провода, при которых может произойти его замыкание на корпус. При такой схеме это приведет к срабатыванию автоматики, которая отключит напряжение.
Важно! Тем, кто проживает в доме, в котором используется система заземления TN-C, нужно знать – при вынужденном присоединении к нулю бытовых приборов в ванных комнатах нельзя применять дополнительные линии уравнивания потенциалов.
На текущий момент TN-C морально устарела. Она до сих пор используется в частных домах и зданиях, построенных в начале и середине XX века. Также она может использоваться там, где степень риска незначительна – к примеру, в уличном освещении.
TN-S: эффективно, но дорого
TN-S, в сравнении с системой заземления TN-C представляет собой более современную, эффективную и безопасную систему, в которой глухозаземленная нейтраль трансформатора (либо генератора) применяется для подключения проводников с «нулём» на стороне источника тока. При её использовании исключен риск возникновения высокого напряжения на корпусах электрического оборудования – даже в том случае, если линия питания будет повреждена.
Между тем есть две причины, из-за которого TN-S не получила широкого распространения в России. Первая – российская энергетика в основном ориентирована на 4-проводные схемы 3-фазного электроснабжения. Вторая причина заключается в дороговизне использования системы заземления TN-S.
При монтаже в ходе подключения трех фаз нужно будет использовать 5 проводов для присоединения оборудования к источнику питания. При однофазном подключении потребуется 3 провода. Из-за распространенности в России 4-проводных схем для трех фаз применение TN-S будет нецелесообразно, так как в этом случае нужно будет протягивать от трансформаторной подстанции отдельную линию, состоящую из 5 проводов.
В новой редакции ПУЭ, а также в ГОСТ Р50571 есть указание о монтаже системы TN-S на объектах, требующих высокой степени электробезопасности. Также в данных регламентирующих документах предписывается ее обустройство при строительстве и капитальном ремонте зданий.
TN-C-S: соединение комбинированного «PEN» с глухозаземленной нейтралью
TN-C-S представляет собой распространенную систему заземления, которая обеспечивает более высокий уровень электробезопасности, чем TN-C и при этом менее затратна, чем TN-S. Принцип этого типа подключения – в подаче питания с применением комбинированного «PEN», который соединяется с глухозаземленной нейтралью. При входе в здание он разделяется на защитный ноль («PE») и проводник, который на стороне электропотребителя выполняет функцию «N», то есть рабочего ноля.
В соответствии с требованиями ПУЭ (пункт 1.7.135), в точке, где разделяется рабочий и защитный ноль, должны быть использованы шины или зажимы для соединенных проводников. Комбинированный «PEN» нужно подключать к шине или зажиму защитного ноля «РЕ».
Плюсы: система заземления TN-C-S надежнее TN-C: она исключает риск обрыва нуля, при этом затраты на её обустройство будут лишь немногим выше, чем на эту устаревшую систему.
Минусы: отгорание или излом провода PEN на протяженности линии от объекта до подстанции приводит к образованию на поверхности электроприборов напряжения, опасного для жизни. Из-за этого при обустройстве системы TN-C-S необходимо обеспечить надежную защиту от повреждения комбинированной линии PEN.
Система заземления TT: новинка в российской энергетике
Данная система подразумевает «глухое» заземления нейтрали линии питания. При этом заземление открытых частей электроустановки, способных проводить ток, производится с использованием устройства, которое «автономно» от глухозаземленной нейтрали. При 3-фазном подключении напряжение передается по 4 проводам, в которых четвертый представляет собой «N», то есть функциональный ноль. На стороне электропотребителя монтируется заземлитель (чаще всего модульно-штыревой). Затем к заземлителю производится соединение проводников защитного ноля, которые соединяются с корпусными компонентами.
На территории РФ система заземления TT разрешена сравнительно недавно. Она получила широкое распространение в воздушных линиях электропередач, которые используются для электроснабжения сельской местности, дачных, коттеджных поселков и других загородных поселений. Еще одно направление использования этой системы – это линии электроснабжения объектов временной мобильной торговли в городских условиях.
ТТ стала удачной заменой системы TN-C-S, которая в указанной области применения не гарантирует надежность защиты комбинированного «PEN».
При применении такого типа заземления необходимо обустройство защиты от попадания молнии. Также нужно использовать специальную автоматику, обеспечивающую защитное отключение. Еще один момент – в ПУЭ есть указание по использованию системы заземления ТТ – подача тока на электроустановки с её применением практикуется только тогда, когда не может быть обеспечена электробезопасность в системе TN.
IT: система заземления с изолированной нейтралью «I»
Двумя основными особенностями этой системы является наличие линии защитного заземления («Т») и автономной нейтрали «I». При использовании IT для передачи тока от источника к электропотребителю используется минимум проводов. При этом необходимо обеспечить надежность присоединения к заземлителю всех компонентов корпусов электрооборудования, способных проводить ток. Еще одним нюансом системы заземления IT является отсутствие функционального ноля «N» на линии источник тока – электропотребитель.