Что такое глухозаземленная нейтраль

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.

[ads-pc-1][ads-mob-1]

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.

https://youtu.be/3Z3D1I6WHh8