Заземление нейтрали трансформатора

Как работает заземление в частном доме (система TT)

Теперь перейдем непосредственно к рассмотрению темы заземления на примере частного дома имеющего заземление электрооборудования по системе TT. От распределительного трансформатора по столбам к каждому дому заходит однофазное питание 220 Вольт — фаза и нейтраль (рабочий нулевой провод). Помимо того, что нейтраль имеет нулевой потенциал, на распределительной подстанции она соединена через контур заземления с контуром заземления нашего дома. Объясним это простыми словами. Мы знаем, что земля это проводник, но не идеальный. В зависимости от грунта удельные сопротивления могут отличатся:

Удельное сопротивление грунтов
Вид грунта	Удельное сопротивление, Ом/м
Глина	50
Известняк плотный	1000 — 5000
Известняк рыхлый	500 — 1000
Известняк мягкий	100 — 300
Гранит и песчаник в зависимости от выветривания	1500 — 10000
Гранит и песчаник выветренные	100 — 600
Гумусный слой	10 — 150
Илистые грунты	20 — 100
Мергели юрского периода	30 — 40
Мергели и плотная глина	100 — 200
Слюдистые сланцы	800
Глинистый песок	50 — 500
Кремнистый песок	200 — 3000
Слоистые сланцевые грунты	50 — 300
Голый каменистый грунт	1500 — 3000
Каменистый грунт, покрытый травой	300 — 500
Заболоченные грунты	От нескольких единиц до 30
Влажные торфянистые грунты	5-100

Представим, что где-то в глубине, в каком-то слое находится условный проводник с сопротивлением близким к нулю. Делая контур заземления на подстанции мы снижаем сопротивление от нуля трансформатора к этому проводнику.

Аналогично с помощью контура заземления в доме (система заземления TT) мы снижаем сопротивление через землю к данному условному проводящему слою. И при пробое фазы на наше заземление образуется замкнутая цепь. Зачем это нужно? Для защиты от поражения током, например, в случае пробоя фазы на корпус заземленного бытового прибора. И для наглядности и понимания смоделируем несколько ситуаций при помощи программы Electronics Workbench.

Сопоставьте приведенную схему с предыдущей иллюстрацией:

Слева на право. 2 Ом — заземление нейтрали. Выше идет трансформатор. От него фаза поступает в дом (нулевой провод нам не нужен, так как мы моделируем пробой фазы на корпус). В данном примере заземляющий контур дома плохой, и имеет сопротивление 100 Ом. К корпусу на котором опасный потенциал прикасается человек. Примем общее сопротивление человека, обуви, пола 4000 Ом. В результате в цепи фаза-заземление — нейтраль появится ток силой 2,2 А (этого недостаточно для срабатывания автоматического выключателя), а через человека потечет опасный ток 54 мА.

Рассмотрим вторую ситуацию, когда сопротивление контура равняется 4 Ом:

Дополнительно указаны напряжения между фазой и землей через контур заземления. Произошло падение с 220 Вольт до 146 Вольт. Следующее падение на участке с земли через заземлитель трансформатора к нейтрали. На этом участке напряжение уже 73 Вольта. То есть ток через заземление не просто стекает в землю. Он движется от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом через землю. И в процессе движения при пробое фазы на землю теряется напряжение из-за сопротивления земли.

Вернемся к защитным функциям заземления. Как видно, при сопротивлении контура 4 Ом ток короткого замыкания 36,7 А. А этого достаточно для срабатывания правильно подобранного автоматического выключателя. Одновременно снизился ток проходящий через человека до 36,8 мА. Но это все равно опасное значение при несрабатывании автомата. И если мы говорим о системе заземления TT, то автоматические выключатели здесь должны обязательно дополнятся УЗО (устройством защитного отключения).

Высокоомное резистивное заземление нейтрали

Парадокс в том, что многие основные руководящие документы в РФ, в том числе ПУЭ, ПТЭЭС и ПТЭЭП, не слишком подробно повествуют о резистивном заземлении нейтрали. Хотя польза от него очень ощутима.

Есть два случая высокоомного заземления:

1. Первый – установка резистора в нейтраль трансформатора, аналогично дугогасящему реактору.
2. Второй – использование для этой цели обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник.

Но при этом сохраняются достоинства сети с изолированной нейтралью: есть время на поиск повреждения. Но при этом снижаются величины перенапряжений путем шунтирования емкостей фаз сети резистором.

Что приводит к ускорению их разряда при погасании дуги, что в свою очередь снижает потолочное значение, до которого они успевают зарядиться. В итоге минимизируется риск выхода из строя изоляции электрооборудования от перенапряжений, а также – уменьшается до минимума вероятность возникновения феррорезонансных явлений.

Про резистивное заземление нейтрали можно посмотреть в видео ниже:

Сети с глухозаземленными нейтралями

Такие сети применяются на напряжение до 1 кВ для одновременного питания трехфазных и однофазных нагрузок, включаемых на фазные напряжения (рис.7). В них нейтраль трансформатора или генератора присоединяется к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформатор тока). Для фиксации фазного напряжения при наличии однофазных нагрузок применяют нулевой проводник, связанный с нейтралью трансформатора (генератора). Этот проводник служит для выполнения также и функции зануления, т.е. к нему преднамеренно присоединяют металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением.

При наличии зануления пробой изоляции на корпус вызовет однофазное КЗ и срабатывание защиты с отключением установки от сети. При отсутствии зануления корпуса (второй двигатель на рис.7) повреждение изоляции вызовет опасный потенциал на корпусе. Целость нулевого проводника нужно контролировать, так как его случайный разрыв может вызвать перекос напряжений по фазам (снижение его на загруженных фазах и повышение на незагруженных). Может быть принято при необходимости раздельное выполнение нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.

Рис.7. Трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью

Что такое глухозаземленная нейтраль?

Начнем с определения нейтрали, в электротехнике под этим термином подразумевается точка в месте соединения всех фазных обмоток трансформаторов и генераторов, когда применяется тип подключения «Звезда». Соответственно, при включении «Треугольником» нейтрали быть не может.

Включение обмоток: а) «звездой»; б) «треугольником»

Если нейтраль обмоток генератора или трансформатора заземлить, то такая система получит название глухозаземленной, с ее организацией можно ознакомиться ниже.

Рис. 2. Сеть с глухозаземленной нейтралью

Это интересно: Выделенная мощность электроэнергии: что это и как ее увеличить

Низкоомное заземление нейтрали

При этом еще больше снижается величина перенапряжений, что приводит к повышению степени безаварийности работы электрооборудования.

Увеличение тока КЗ через низкоомный резистор приводит к необходимости увеличения его способности отводить тепло. Если это невозможно, то предусматривается ограничение длительности протекания тока с помощью устройств РЗА. При срабатывании защиты резистор отключается, и нейтраль переводится в изолированный режим работы.

Есть и второй вариант: перевод нейтрали через заранее установленное время, необходимое для ликвидации повреждения в ней устройствами РЗА, с низкоомного заземления на высокоомное. Режим низкоомного заземления иногда применяется в комбинации с установками компенсации емкостных токов. В случае фиксации ОЗЗ к сети кратковременно подключается резистор, помогающий срабатывать устройствам защиты.

1.7.122

Использование открытых и сторонних проводящих
частей в качестве PE-проводников
допускается, если они отвечают требованиям настоящей главы к проводимости и
непрерывности электрической цепи.

Сторонние проводящие части могут быть использованы в
качестве PE-проводников,
если они, кроме того, одновременно отвечают следующим требованиям:

1) непрерывность электрической цепи обеспечивается либо их
конструкцией, либо соответствующими соединениями, защищенными от механических,
химических и других повреждений;

2) их демонтаж невозможен, если не предусмотрены меры по
сохранению непрерывности цепи и ее проводимости.

Заземление — вторичная обмотка — трансформатор — напряжение

Заземление вторичных обмоток трансформатора напряжения должно быть выполнено, как правило, на ближайшей от трансформатора напряжения сборке зажимов или на зажимах трансформатора напряжения.

Заземление вторичных обмоток трансформаторов напряжения должно выполняться на сборке зажимов.

Заземление вторичных обмоток трансформаторов напряжения , питающих оперативные цепи защиты и автоматики с оперативным переменным током, рекомендуется выполнять через пробивной предохранитель.

Заземление вторичных обмоток трансформатора напряжения должно быть выполнено, как правило, на ближайшей от трансформатора напряжения сборке зажимов или на зажимах трансформатора напряжения.

Заземление вторичных обмоток трансформаторов напряжения требуется Правилами устройства электроустановок ( ПУЭ) для повышения безопасности обслуживающего персонала при повреждениях трансформаторов напряжения и попадании высокого напряжения во вторичные цепи. Заземляться должна нулевая точка или один из концов вторичных обмоток. При соединении основных вторичных обмоток в звезду чаще применяется заземление одной из фаз ( обычно фазы Ь), а не нуля, так как это целесообразнее в случае использования трансформатора напряжения для автоматической точной синхронизации, требующей объединения одной из фаз двух трансформаторов напряжения.

Заземление вторичной обмотки трансформатора напряжения шин выполнено наглухо, а трансформатора напряжения резерва — через пробивной предохранитель, так как цепи, питаемые от трансформатора напряжения резерва, достаточно разветвленные и возможность появления второй земли мО — жет вызвать ложную работу АВР или к.

Одновременно проверяется правильность исполнения заземления вторичных обмоток трансформаторов напряжения ; оно должно выполняться в одной точке, например на ближайшей к трансформатору напряжения сборке.

Применяемые в цепях защиты предохранители должны иметь калиброванные плавкие вставки, обеспечивающие селективное действие защиты. Вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения должны быть заземлены. Заземление вторичных обмоток трансформаторов напряжения , питающих оперативные цепи защиты, следует осуществлять через пробивные предохранители.

Схемы подключения заземленной нейтрали

Существует несколько схем глухозаземленной нейтрали.

• TN-C. Самая простая и наиболее распространенная в сельской местности схема. Четырехпроводная воздушная линия – три фазных и одна нейтраль, которая заземляется сначала у трансформатора, а потом на промежуточных столбах. Используется для питания одно- и трехфазных потребителей.
• ТТ. Улучшенный вариант глухозаземленной нейтрали TN-C. Отличается от нее независимым заземляющим контуром, устраиваемым в здании или рядом с ним. К нему присоединяются корпуса бытовых электроприборов. Используется при подключении вновь построенных частных домов к четырехпроводным воздушным линиям электроснабжения.
• TN-S. Применяется при прокладке подземных электролиний в пределах жилых кондоминиумов. Пять жил. Три токоведущих, одна нейтраль «звезды» (технологический 0) и защитный заземляющий проводник PE. Последние две соединены с заземлителем силовой подстанции. Применяется для подачи электричества группам однофазных потребителей.
• TN-C-S. Используется при индивидуальном питании однофазных потребителей от подъездного распределительного щитка. Три линии – фазная, технологический ноль N и защитный проводник PE. Место подключения провода PE – к нейтрали подстанции или к независимому заземляющему контуру – не имеет значения.

Подробнее с системами заземления можно ознакомиться здесь.

Эффективно-заземлённая нейтраль | Электротехнический журнал

Эффективно-заземлённая нейтраль (трех-фазной электроустановки) — нейтраль трёхфазной электрической сети выше 1000В (1 кВ и выше), коэффициент замыкания на землю в которой не более Кзам = 1,4.

Термин «глухозаземлённая нейтраль» в сетях выше 1000В в данный момент не применяется. Электроустановки, в которых нейтраль соединяется с заземляющим устройством непосредственно, также относятся к электроустановкам с эффективно-заземлённой нейтралью.

Коэффициент замыкания на землю в трехфазной электрической сети — это отношение разности потенциалов между неповреждённой фазой и землёй в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землёй в этой точке до замыкания.

Иначе говоря при замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью напряжение между землёй и неповреждёнными фазами возрастает до линейного — примерно в 1,73 раза; в сети с эффективно заземлённой нейтралью напряжение на неповреждённых фазах относительно земли возрастёт не более чем в 1,4 раза

Это особенно важно для сетей высокого напряжения, что уменьшает количество изоляции при изготовлении сетей и аппаратов, удешевляя их производство. Согласно рекомендации МЭК к сетям с эффективно-заземлённой нейтралью относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землёй непосредственно или через небольшое активное сопротивление

В СССР и России сети с эффективно-заземлённой нейтралью — это сети напряжением 110 кВ и выше.

Недостатки

• Возникновение больших токов короткого замыкания (ТКЗ) через заземлённые нейтрали трансформаторов при замыкании одной фазы на землю, что должно быть быстро устранено отключением от устройств релейной защиты. Большинство коротких замыканий на землю в сетях 110 кВ и выше относятся к самоустранимым и электроснабжение обычно восстанавливается АПВ.
• Удорожание сооружения контура заземления, способного отводить большие токи к.з.
• Значительный ток однофазного к.з., при большом количестве заземлённых нейтралей трансформаторов может превышать значение трёхфазного тока к.з. Для устранения этого вводят режим частично разземлённых нейтралей трансформаторов (часть трансформаторов 110-220 кВ работают с изолированной нейтралью: нулевые выводы трансформаторов присоединяются через разъединители, которые находятся в отключённом состоянии). Ещё одним из способов ограничения тока к.з. на землю-это заземление нейтралей трансформаторов через активные токоограничивающие сопротивления.

Особенности выполнения эффективно заземлённой нейтрали

Согласно ПТЭЭП максимально допустимая величина сопротивления заземляющего устройства для сетей с эффективно заземлённой нейтралью (для электроустановок выше 1000 В и с большим током замыкания на землю — свыше 500 А — каждого объекта) составляет 0,5 Ом с учётом естественного заземления (при сопротивлении искусственного заземляющего устройства — не более 1 Ом). Это вызвано необходимостью пропускания значительных токов при к.з. на землю, высоким и сверхвысоким напряжением сети, требованием ограничения напряжения между землёй и неповреждёнными фазами, а также возможностью появления при авариях высоких напряжений прикосновения, шаговых напряжений и опасных «выносов потенциалов» за территорию подстанции. Необходимость равномерности распределения потенциалов внутри подстанции и исключения появления шаговых напряжений на значительном удалении от подстанции исключается т.н. устройством выравнивания потенциалов, которое является составной частью заземляющего устройства для эффективно заземлённых нейтралей. Особые требования для заземляющих устройств с эффективно заземлёнными нейтралями создаёт значительные трудности для их расчёта и сооружения, делает их материалоёмкими, особенно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (каменистые, скальные, песчаные грунты) и стеснёнными условиями сооружения.

Примечания

1. ПУЭ — правила устройства электроустановок, издание 6-е и 7-е.
2. ПТЭЭП — правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

Просмотров всего: 135, Просмотров за день: 1

• Эффективно заземленная нейтраль и глухозаземленная отличия

• Испытания кабеля из сшитого полиэтилена 10 кв
• Испытания кабеля из сшитого полиэтилена 10 кв
• Плюсы и минусы тэц
• Плюсы и минусы тэц
• Разъединитель шинный 10 кв
• Разъединитель шинный 10 кв
• Разъединитель рндз
• Разъединитель рндз

• Протокол испытания кабеля сшитого полиэтилена

• Протокол испытания кабеля сшитого полиэтилена

Какие материалы используются

Системы изоляции в силовых трансформаторах состоят из жидкости (либо газа) вместе с твердыми материалами. Жидкости должны иметь высокую температуру вспышки (силиконы, некоторые виды углеводородов, хлорированные бензолы).

Газовые системы включают азот, воздух и фтор газ. Флюорогазы используются, чтобы избежать воспламеняемости и ограничить вторичные эффекты внутренней недостаточности. Иногда используется фреон, который позволяет улучшить теплопередачу с использованием двухфазной системы охлаждения.

Внешняя

Низкая стоимость, высокая диэлектрическая прочность, отличные характеристики теплопередачи и способность восстанавливаться после перенапряжения в диэлектрике делают минеральное масло наиболее широко используемым изоляционным материалом для внутренней изоляции трансформаторов. Газ выгоднее использовать в системах, имеющих продолжительный режим работы при номинальной мощности.

Внутренняя

Проводники обмотки обычно изолируются эмалированной или обёрточной бумагой на основе дерева или нейлона. Использование таких материалов увеличивает прочность конструкции. При этом предел диэлектрической прочности обычно равен маслу.

Для проводов, идущих от обмотки, обычно используется материал высокой плотности. В этом случае снижаются механические напряжения в масле путём перемещения границы раздела от поверхности проводника к его периферии. Изоляция из целлюлозы выполняет три функции:

1. Действует как диэлектрик, накапливая электрический заряд.
2. Поддерживает обмотки.
3. Способствует улучшению теплоотвода.

Сроки испытания изолирующих материалов трансформаторов регламентируются приложением 3 Правил технической эксплуатации потребительских электроустановок (ПТЭЭП).

Трехфазные сети с эффективно-заземленными нейтралями

В сетях 110 кВ и выше определяющим в выборе способа заземления нейтралей является фактор стоимости изоляции. Здесь применяется эффективное заземление нейтралей, при котором во время однофазных замыканий напряжение на неповрежденных фазах относительно земли равно примерно 0,8 междуфазного напряжения в нормальном режиме работы. Это основное достоинство такого способа заземления нейтрали.

Рис.6. Трехфазная сеть с эффективно-заземленной нейтралью

Однако рассматриваемый режим нейтрали имеет и ряд недостатков. Так, при замыкании одной фазы на землю образуется короткозамкнутый контур через землю и нейтраль источника с малым сопротивлением, к которому приложена ЭДС фазы (рис.6). Возникает режим КЗ, сопровождающийся протеканием больших токов. Во избежание повреждения оборудования длительное протекание больших токов недопустимо, поэтому КЗ быстро отключаются релейной защитой. Правда, значительная часть однофазных повреждений в электрических сетях напряжением 110 кВ и выше относится к самоустраняющимся, т.е. исчезающим после снятия напряжения. В таких случаях эффективны устройства автоматического повторного включения (АПВ), которые, действуя после работы устройств релейной защиты, восстанавливают питание потребителей за минимальное время.

Второй недостаток — значительное удорожание выполняемого в распределительных устройствах контура заземления, который должен отвести на землю большие токи КЗ и поэтому представляет собой в данном случае сложное инженерное сооружение.

Третий недостаток — значительный ток однофазного КЗ, который при большом количестве заземленных нейтралей трансформаторов, а также в сетях с автотрансформаторами может превышать токи трехфазного КЗ. Для уменьшения токов однофазного КЗ применяют, если это возможно и эффективно, частичное разземление нейтралей (в основном в сетях 110-220 кВ). Возможно применение для тех же целей токоограничивающих сопротивлений, включаемых в нейтрали трансформаторов.

Применение

При наличии нескольких вторичных обмоток в трехфазной системе основные соединяются «в звезду», образуя выходы фазных напряжений a

,b ,c и общую нулевую точкуо , которая обязательно должна заземляться для предотвращения последствий пробоя изоляции со стороны первичной обмотки (на практике чаще всего заземляется фаза «b » обмотки НН трансформатора напряжения). Дополнительные обмотки обычно соединяются по схеме «разомкнутый треугольник» с целью контроля напряжения нулевой последовательности. В нормальном режиме это напряжение находится в пределах 1-3 В за счет погрешности обмоток, резко возрастая при аварийных ситуациях в цепях высокого напряжения, что дает возможность простого подключения быстродействующих устройств релейной защиты и автоматики (для цепей с изолированной нейтралью — обычно на сигнал). Для регистрации земли в сети необходимо заземление нулевого вывода обмотки ВН трансформатора напряжения (для прохождения гармоник нулевой последовательности).

Особенности работы трансформаторов напряжения регламентируются главой 1.5 Правил устройства электроустановок. Так, нагрузка вторичных обмоток измерительных трансформаторов, к которым присоединяются счетчики, не должна превышать номинальных значений. Сечение и длина проводов и кабелей в цепях напряжения расчетных счетчиков должны выбираться такими, чтобы потери напряжения в этих цепях составляли не более 0,25 % номинального напряжения при питании от трансформаторов напряжения класса точности 0,5 и не более 0,5 % при питании от трансформаторов напряжения класса точности 1,0. Для обеспечения этого требования допускается применение отдельных кабелей от трансформаторов напряжения до счетчиков. Потери напряжения от трансформаторов напряжения до счетчиков технического учета должны составлять не более 1,5 % номинального напряжения.

Заземленная через ДГК (ДГР)

Режим нейтралей называется резонансно-заземленным, когда его точка проходит через дугогасящую катушку или реактор. Подобная система в основном применима для кабельных распределительных сетей. Она позволяет компенсировать индуктивность и уберечь систему от более масштабных и сложных повреждений.

При появлении однофазного замыкания на землю начинает работать катушка или реактор, которая компенсирует силу тока, снижая его в месте пробоя. Необходимо отметить, что разница между ДГК и ДГР связывается с наличием автоматической подстройки при изменении индуктивности в сети.

Основным преимуществом является компенсация энергии, которая не дает повреждению кабельной линии перерастать из однофазных в межфазное. Что касается недостатков, это появление прочих повреждений в слабых местах изоляции кабельных линий.

Подключение с помощью низкоомного сопротивления

Среди многих видов нейтралей часто используется заземление через резистор с незначительной номинальной величиной. Они нашли широкое применение на территории Беларуси, России. Логично в таких схемах задействовать высокоомный резистор (RB-режим), который задает низкие уровни перенапряжений при ОЗЗ.

В других случаях при заземлении нейтральной точки задействуются комбинированные способы ее подсоединения посредством применения индуктивности (RB-режим и LB).

Более подробное изучение обозначенных подходов показывает, что резисторы высокоомного типа характеризуются внушительными размерами. К тому же они отличаются значительными ценами и массой. Однако и обустройство дугогасящих реакторов отличается своими особенностями и недостатками. Поэтому при выборе режима, поддерживаемого низкоомным резистором, следует провести тщательные расчеты и исчисления с учетом обозначенных факторов.

Существует два типа проведения низкого заземления. В первом случае выполняется установка резонансного резисторного приспособления, с помощью которого срабатывает защита от токов при ОЗЗ. Что касается второго варианта, он предполагает использование заземленных схем посредством индуктивности. Они направлены на обеспечение защиты в случае фазных двойных замыканий.

При резистивном подключении стоит принимать во внимание дополнительные токи в нейтрали, которые могут стать причиной прерывания емкостных значений ОЗЗ до 3 раз и более. Индуктивные или реактивные схемы по уровню своего заземления не должны превышать общее значение электротоков, исходящих от двойных замыканий. Исходя из ПУЭ, обозначенные выше рабочие режимы могут быть кратковременными или длительными

Последний вариант предполагает расположение заземляющих деталей в единую цепь, в которой нейтраль функционирует на постоянной основе

Исходя из ПУЭ, обозначенные выше рабочие режимы могут быть кратковременными или длительными. Последний вариант предполагает расположение заземляющих деталей в единую цепь, в которой нейтраль функционирует на постоянной основе.

Именно такой способ подключения, на что указывают правила устройства электрических установок, допустим только при выполнении качественного заземления с показателем RЗ ≤ 0,5 Ом. Подобный подход эффективен с точки зрения трудовых затрат и экономических соображений.