Заземление с изолированной нейтралью: особенности и применение

Что такое изолированная нейтраль в электросетях. Где используются сети с изолированной нейтралью. Каковы преимущества и недостатки изолированной нейтрали. Как обеспечивается безопасность в сетях с изолированной нейтралью.

Что такое изолированная нейтраль в электрических сетях

Изолированная нейтраль — это режим работы нейтрали трансформатора или генератора, при котором она не имеет непосредственного соединения с землей. В таких сетях нейтральная точка звезды обмоток изолирована от заземляющего устройства или присоединена к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Основные особенности сетей с изолированной нейтралью:

• Отсутствие глухого заземления нейтрали
• Малые токи замыкания на землю
• Возможность длительной работы с однофазным замыканием на землю
• Необходимость контроля изоляции

Где применяются сети с изолированной нейтралью

Сети с изолированной нейтралью применяются в следующих случаях:

• В электроустановках напряжением 6-35 кВ
• На промышленных предприятиях с непрерывным технологическим процессом
• В системах электроснабжения горных разработок
• В сетях собственных нужд электростанций
• В автономных системах электроснабжения

Изолированная нейтраль позволяет повысить надежность электроснабжения за счет возможности работы с однофазным замыканием на землю. Это особенно важно для предприятий, где недопустимы перерывы в электроснабжении.

Преимущества сетей с изолированной нейтралью

Основные преимущества применения изолированной нейтрали:

1. Возможность работы сети с однофазным замыканием на землю
2. Малые токи замыкания на землю
3. Снижение вероятности двойных замыканий на землю
4. Повышение электробезопасности
5. Уменьшение влияния на линии связи

Благодаря этим особенностям, сети с изолированной нейтралью обеспечивают высокую надежность электроснабжения потребителей.

Недостатки и ограничения изолированной нейтрали

Наряду с преимуществами, сети с изолированной нейтралью имеют ряд недостатков:

• Необходимость применения сложных защит от замыканий на землю
• Возможность возникновения перенапряжений при дуговых замыканиях
• Сложность обнаружения места повреждения при замыкании на землю
• Опасность поражения током при прикосновении к фазе в режиме замыкания на землю

Поэтому применение изолированной нейтрали требует реализации дополнительных мер по обеспечению безопасности и надежности.

Особенности защиты в сетях с изолированной нейтралью

Для защиты сетей с изолированной нейтралью применяются следующие мероприятия:

1. Установка устройств контроля изоляции
2. Применение селективной сигнализации однофазных замыканий на землю
3. Использование дугогасящих реакторов для компенсации емкостных токов
4. Автоматическое отключение поврежденных участков при устойчивых замыканиях
5. Применение защит от перенапряжений

Эти меры позволяют обеспечить надежную и безопасную работу сетей с изолированной нейтралью в различных режимах.

Требования к заземляющим устройствам в сетях с изолированной нейтралью

Хотя в сетях с изолированной нейтралью отсутствует глухое заземление нейтральной точки, заземляющие устройства все равно необходимы. Они выполняют следующие функции:

• Защитное заземление оборудования
• Рабочее заземление нейтрали через дугогасящий реактор
• Заземление измерительных трансформаторов напряжения
• Заземление разрядников и ограничителей перенапряжений

Сопротивление заземляющего устройства в таких сетях нормируется и не должно превышать определенных значений, установленных ПУЭ.

Контроль изоляции в сетях с изолированной нейтралью

Важным элементом обеспечения безопасности в сетях с изолированной нейтралью является постоянный контроль состояния изоляции. Для этого применяются:

1. Устройства постоянного контроля изоляции
2. Измерительные трансформаторы напряжения с обмоткой, соединенной в разомкнутый треугольник
3. Токовые защиты нулевой последовательности
4. Устройства контроля изоляции с наложением постоянного тока

Контроль изоляции позволяет своевременно обнаруживать снижение сопротивления изоляции и принимать меры по предотвращению аварийных ситуаций.

Сравнение изолированной и глухозаземленной нейтрали

Основные различия между сетями с изолированной и глухозаземленной нейтралью:

Параметр	Изолированная нейтраль	Глухозаземленная нейтраль
Токи замыкания на землю	Малые (единицы — десятки ампер)	Большие (сотни — тысячи ампер)
Возможность работы с замыканием на землю	Возможна длительная работа	Требуется немедленное отключение
Перенапряжения при замыканиях	Возможны значительные перенапряжения	Перенапряжения ограничены
Сложность защит	Требуются сложные защиты	Возможны простые токовые защиты

Выбор режима нейтрали зависит от конкретных условий применения электроустановки и требований к надежности электроснабжения.

Заземление нейтрали трансформатора 10 0.4 КВ по ПУЭ

Производители передают потребителю ток высокого напряжения, но чтобы последний мог им без проблем воспользоваться необходимы понижающие трансформаторы. Для них в обязательном порядке согласно нормативам используется защитное заземление. Имеется его наружный и внутренний тип контура. Заземление нейтрали трансформатора обусловлено сразу несколькими факторами включая допустимые токи на землю и возможность использования стандартных и наиболее простых схем электросетей.

Различные режимы нейтрали

Режим нейтрали в электросетях зависит от беспроблемного снабжения электричеством, от надежности работы и безопасности сотрудников, которые данный трансформатор обслуживают. Параметры нарушения симметричности напрямую зависит от режима нейтрали.

Глухозаземленная нейтраль

Такая разновидность нейтрали прикрепляется либо непосредственно к заземляющему оборудованию, либо через небольшое сопротивление. Сеть в такой ситуации называется сетью с глухозаземленной нейтралью.

Изолированная нейтраль

Если нейтраль не совмещена с заземляющим оборудованием, то она считается изолированной.

Компенсированная нейтраль

В этом типе  оборудования нейтраль соединена с заземлением  через реактор (с использованием индуктивного сопротивления). Также сеть может быть заземлена  через резистор, тогда используется активный режим сопротивления.

Зачем необходимо заземлять нейтраль

Процесс заземление нейтрали необходим для бесперебойного функционирования установки, а также для обеспечения безопасности людей, которые  бывают на подстанции. Согласно нормам  электроустановок требуется, чтобы все трансформаторы были заземлены.

В преобразователях напряжения происходит заземление лишь самого трансформатора,  вторичная обмотка в этом случае заземляется  путем соединения объединенной точки с  оборудованием заземления.

В преобразователях  тока заземлению подвергаются  обмотки вторичного типа. Для подключения используются определенные типы зажимов. У нескольких силовых установок обмотка может быть соединена общим проводником. 

Заземление трансформатора  с показателями 110 кв

Заземление нейтрали трансформатора 110 кв  производится с помощью глухозаземленного способа. Трансформаторы, а также генераторы, обслуживающие такие электроустановки имеют  три силовых фазных  установки и одна нейтральная (нулевая). Между фазными выводами проходит линейное напряжение, а между фазными и нулевыми – фазное.

Линейный тип напряжение определяет номинальные показатели напряжения всей электроустановки.

Геометрические размеры контура заземления рассчитываются таким образом, чтобы ток однофазного замыкания эффективно растекался по земле.  Допустимые значения сопротивления растеканию у заземляющего оборудования  определяются регламентами ПУЭ. Для трансформаторных подстанций сопротивление не должно превышать показатели в 4 Ом при номинальных параметрах напряжения 380 В.

Выводы от заземляющего контура присоединяются к шине с нулевым показателем. Это обычно  полоска из металла в распределительном устройстве. К ней же присоединяется проводник от нулевого вывода трансформатора.

От подстанции отходят линии,  которые представляют собой четырехжильный кабель.  Потребительские установки содержат вводное устройство распределения. У него также имеется нулевая шина, как и на подстанции. Контур повторного заземления у устройства распределения подключен к нулевой шине.

Если внутри оборудования будут проблемы с изоляцией или под напряжением окажутся металлические конструкции, то людей не поразит током, поскольку все корпуса присоединены к  контуру заземления.

Еще один принцип защиты в таком оборудование – быстрое отключение аварийного режима.

Защита от напряжения шага происходит с помощью металлической сетки, которая замуровывается в пол и соединяется  с контуром заземления.

Работа нейтрали типовой подстанции 10 0.4 кВ

Заземление нейтрали трансформатора  10 0. 4 кв пуэ предполагает  наличие нескольких вариантов. Согласно нормативам ПУЭ электрические установки с показателями напряжения до 1кВ жилых, общественных и промышленных объектов должны получать питание от источника с  работающей нейтралью глухозаземленного типа..

При этом нормативы гласят, что в цепях многофазного типа для стационарно проложенных кабелей с жилами по площади сечения не менее 10мм²,^{если это медь и 16мм2 , если это алюминий, нулевой защитный и нулевой рабочий проводники могут быть объединены в один проводник.}

Если КТП подвергается мощным нагрузкам и кабель у них имеет большее сечение, чем указано выше, то подойдет использование системы TN-C.

Классификация потребителей, чтобы подобрать тип нейтрали

При подборе систем для щитов станции в первую очередь необходимо оценить нагрузки для них. Различают три характерных варианта:

• ЩСУ с мощными трехфазными потребителями, когда норма сечения кабеля рассматривается пункте 1. 7.131 ПУЭ;
• щиты с большим числом небольших по мощности трехфазных потребителей;
• щиты с нагрузками обоих предыдущих вариантов.

Система TN-S необходима для устранения технических сложностей и проблем с заземлением корпуса бытовых электроприборов. В такой системе защита и коммуникация разделены между двумя нулевыми  проводниками. Защитные функции  выполняет РЕ-проводник, а рабочий ток проводит нулевой проводник N. Разделение происходит собственно на подстанции, где заземляется нейтраль. В момент модернизации или реконструкции электрического оборудования разделение можно произвести на любом распределительном устройстве. При этом полностью схема имеет название TN-C-S. Важно, чтобы в месте разделения  имелся контур повторного заземления.

Система с изолированной нейтралью по нормативам ПУЭ имеет обозначение IT. Схема не содержит проводников для связи с контурами заземления непосредственно питающей подстанции. Такие контуры устанавливаются  непосредственно у потребителей.

Что важно оценить при выборе режима заземления нейтрали

Для того, чтобы произвести заземление трансформатора 10 0.4, необходимо оценить у каждой схемы несколько важных параметров:

• показатель электробезопасности;
• пожаробезопасность – риск возникновения пожара при наличии короткого замыкания;
• фактор бесперебойности электроснабжения потребителей;
• показатели электромагнитной совместимости, как при стандартной работе, так и в период коротких замыканий;
• степень повреждения оборудования в процессе однофазных коротких замыканий;
• проектировка и эксплуатация сети.

При сравнении становится ясно, что пожаробезопасность выше у сетей TN-S, а сети IT отличаются высокими показателями бесперебойной работы и постоянного электроснабжения потребителей. При однофазном типе замыкания здесь не возникает необходимости срочного отключения.

Как общие рекомендации при выборе режима заземления нейтрали стоит учесть, что схемы сетей ТN-C и ТN-C-S не рекомендуется использовать из-за низких показателей электро- и пожаробезопасности. При этом сети TN-S рекомендуется применять для статичных объектов, где схема применяется один раз и без изменений.

1) Сети с изолированной нейтралью.

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.

2) Сети с компенсированной нейтралью.

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.

3) Сети с эффективно-заземленными нейтралями.

Эффективность заземления характеризуют отношением максимального напряжения неповрежденной фазы относительно земли при замыкании на землю U_фз к нормальному фазному напряжению U_ф; коэффициент эффективности заземления нейтрали К_З = U_фз / U_ф. Если К_З ≤ 1,4, то такое заземление нейтрали называют эффективным, а сеть – эффективно заземленной. В эффективно заземленных сетях нарушение изоляции на землю означает КЗ, сопровождающееся протеканием больших аварийных токов. Поврежденный участок подлежит быстрому автоматическому отключению устройствами релейной защиты с последующим АПВ.

4) Сети с глухозаземлеными нейтралями.

В ЭУ до 1 кВ для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок применяют схему ГЗН. В таких сетях нулевой проводник служит для защитного зануления. При пробое изоляции на корпус возникает однофазное КЗ, которое приводит к отключению выключателя или перегорания предохранителей.

Сети 0,6-35 кВ выполняют с изолированной или компенсированной нейтралью

Сети 380-220 В с глухозаземленной нейтралью

Сети 110 кВ с эффективно-заземленной нейтралью

Контуры заземления:

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды заземлителя размещаются по контуру периметра и внутри площадки.

Это трубы диаметром 50-60 мм из стали, которые вбиваются в землю на 2- 3 метра.

Защитные заземления и зануления электрооборудования:

Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Цель защитного заземления — снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие,- ток, проходящий через тело человека, при его прикосновении к корпусам.

Защитное заземление применяют в трехфазных сетях до 1 кВ с изолированной нейтралью. В сетях свыше 1 кВ с любым режимом нейтрали. Применение защитного заземления обеспечивает безопасность персонала.

Зануление — это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. Назначение защитного зануления: устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу электроустановки, оказавшейся под напряжением.

Нулевой защитный проводник в схеме защитного зануления предназначен для создания тока однофазного КЗ. Зануление осуществляет две функции: быстрое автоматическое отключение и снижение напряжения на зануленных металлических частях.

Почему я должен разделять землю и нейтраль?

Руководства по проектам изысканного домостроения

Электропроводка

Спросите у экспертов

Один из этих проводов предназначен для замыкания цепи, а другой просто для безопасности.

Клиффорд А. Попеджой Выпуск 294 — октябрь/ноябрь 2020 г.

Я знаю, что электротехнические правила требуют, чтобы заземляющая и нейтральная шины в подпанели были разделены, и чтобы подпанель имела собственный заземляющий стержень. Я не понимаю, почему. Разве земляне и нейтралы в любом случае не попадают в одно и то же место?

— Энди Энгель, Роксбери, Коннектикут

Разные провода, разные работы. Начиная с Национального электротехнического кодекса 2008 г., жилые подпанели должны быть подключены с помощью четырехпроводного питания (два контакта, нейтраль и земля), а заземление
и нейтрали должны быть изолированы друг от друга. Здесь они соединяются с разными стержнями в подпанели.

Клифф Попеджой, лицензированный подрядчик по электротехнике в Сакраменто, Калифорния, отвечает:

Давайте начнем с того, что нейтраль и земля делают в цепи. Будь то фидерная цепь, питающая субпанель, или ответвленная цепь, питающая розетку, нейтральный проводник является обратным путем для электрического тока. Каждый раз, когда цепь подает питание на лампочку, инструмент или другое устройство, электрическая энергия течет от источника по проводу (обычно черному или красному в системе 120 В) к тому, что использует энергию (нагрузке), а затем электроны возвращаются к источнику по нейтральному проводу.

Провод заземления, который лучше называть «проводом заземления оборудования», предназначен для обеспечения пути от любых металлических частей электрического устройства, которые могут оказаться под напряжением и представлять опасность поражения электрическим током, обратно к панели выключателя, питающей цепи и проводит ток только в случае замыкания на землю. Это происходит, когда горячий провод или нейтральный провод, по которому течет ток, потому что нагрузка включена, касается какой-либо металлической части устройства из-за ослабленного провода или другого дефекта. Заземляющий провод обеспечивает безопасный путь обратного потока электричества обратно к панели, чтобы отключить выключатель и отключить питание. Без заземляющего провода это неправильно направленное электричество может ударить вас током.

На главной сервисной панели нейтральный и заземляющий провода соединяются вместе и с заземляющим электродом, таким как металлический заземляющий стержень, предназначенный для обработки необычных импульсов энергии, таких как удар молнии. Это единственная точка, в которой нейтраль соединяется с землей. Если нейтральный и заземляющий провода соединены вместе где-либо еще, обратный ток, который должен протекать по нейтрали, будет течь обратно к панели как по нейтрали, так и по земле. Это опасно по нескольким причинам; самое главное, при плохом соединении или обрыве провода заземления и нулевого провода части системы заземления на дальней стороне разрыва (от панели) будут находиться под напряжением и представлять опасность поражения электрическим током. Это очень важно, потому что любая незащищенная металлическая часть приспособления, инструмента или устройства может привести к поражению электрическим током, а поломки или плохие соединения случаются чаще, чем вы думаете.

Требование Национального электротехнического кодекса (NEC) о разделении нейтрали и заземляющих проводов в вспомогательной панели и отдельных нейтральных и заземляющих проводах обратно к главной панели, когда обе панели находятся в одном здании, относится к редакции 1999 года. Требование о разделении нейтральных и заземляющих проводников в подпанели и к ней в отдельной структуре впервые появилось в NEC 2008 года. Делает ли это систему с подпанелью с комбинированными соединениями нейтрали и заземления небезопасной? Нет, хотя сохранение разделения делает установку более безопасной.

Фото: Мэтью Миллэм Предыдущий: Основы заземления Следующий: Планирование электрической реконструкции

Электропроводка

Электропроводка

Надежное, соответствующее нормам руководство от профессионалов по безопасной работе с любым проектом электропроводки

Посмотреть руководство по проекту

Просмотреть все руководства по проектам »

Станьте участником и получите неограниченный доступ к сайту, включая Руководство по электромонтажным работам.

Начать бесплатную пробную версию

Работа с электричеством

Инструменты и материалы

Розетки и выключатели

Освещение и вентиляторы

• Дизайн освещения
• Установка освещения
• Поклонники

Черновая обработка

Наружная проводка

• Основы
• Магазины
• Установка освещения

Панели и подпанели

заземление — Нужно ли заземлять изолированную электрическую цепь?

\$\начало группы\$

Мне кажется, что каждый раз, когда происходит поражение электрическим током через контакт с землей, это происходит из-за разности потенциалов между точкой контакта и землей (например, прикосновение к токоведущему (горячему) проводу) и еще и потому, что корпус замыкает цепь заземляющим стержнем, к которому подключается нулевой (или заземляющий) провод. Кажется, что если бы в земле не было стержня (без заземления), у этого тока не было бы возможности создать полную цепь. Таким образом, вы можете коснуться проводов изолированной цепи и никогда не получить удар током, потому что ток никогда не найдет пути обратно в цепь.

Нужно ли нам заморачиваться с заземлением изолированных цепей? Например, автомобиль не заземлен, и вы не получите удара током от прикосновения к одной клемме аккумулятора. Конечно, автомобильный аккумулятор на 12 В все равно вас не убьет. Если бы у него было потенциально опасное напряжение, стали бы люди пытаться заземлить такие вещи, как автомобили?

Имеет ли заземление какое-то отношение к вещам, подключенным к общей электрической сети (например, к электростанциям), где электроэнергия должна распределяться между всеми?

• заземление
• базовое

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Если вы когда-нибудь подверглись электростатическому разряду в автомобиле, вам хотелось бы, чтобы у него был работающий заземляющий браслет или токопроводящие шины.

Заземление, среди прочего, позволяет избавиться от возможности того, что что-то, к чему вы прикасаетесь, не имеет потенциала земли. Например, я могу бросать вам электрически заряженные сферы. Буквально металлические шарики. Каждый раз, когда вы ловите один, вы получаете разряд. Если вместо этого вы подняли их с земли, они были бы эквипотенциальны земле и, таким образом, безопасно разряжены.

Незаземленные металлические столбы и башни — плохая новость из-за возможности атмосферных разрядов — если башня не заземлена, вы становитесь заземляющим проводником, когда касаетесь ее. То же самое касается возможности контакта воздушных линий электропередач с незаземленной конструкцией.

Заземление в целях безопасности выполняется каждый раз, когда существует разумная вероятность того, что проводящие объекты, с которыми вы соприкасаетесь, могут иметь опасный потенциал относительно земли из-за либо гальванической связи, либо накопления заряда.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Основная причина, по которой мы заземляем оборудование, — раннее обнаружение неисправностей.