Глухозаземленная нейтраль и изолированная нейтраль в чем разница: что это такое и где она применяется

Разница между заземлением и занулением

Заземление и зануление служат для предотвращения ударов электрического тока. Но между занулением и заземлением есть существенная разница, которая заключается не только в способе установки.

 Разница зануления и заземления. Суть защитных установок

Заземление и зануление отличаются друг от друга по принципу работы:

• заземление применяется для сетей с изолированной нейтралью. Необходимо, для того чтобы снизить напряжение
• зануление применяется там, где установлена глухозаземленная нейтраль. Это нужно для того, чтобы срабатывали автоматические выключатели при попадании тока в нетоковедущую часть устройства. Представляет собой соединенные части из металла, которые не находятся под напряжением

Чтобы лучше разобраться в работе этих защитных систем и понять разницу между ними, нужно поговорить о каждом из них отдельно.

Принцип работы заземления, виды систем заземления

Заземляющее устройство образуется заземлителем с проводником или системой проводников. Они соединяют между собой токопроводящие участки приборов и землю. Выделяют три вида систем заземления:

• рабочие – поддерживают установленный режим работы установок в нормальных и аварийных ситуациях
• защитные – защищают людей и животных от удара током после повреждения фазных проводов
• грозозащитные – с их помощью заземляют молниеотводы

Заземлители бывают естественные (трубопроводы, обсадные трубы, но ни в коем случае не отопительные и водопроводные трубы) и искусственные (специально сооруженные конструкции, к которым относится уголковая сталь, стальные стержни).

Заземления классифицируются по количеству рабочих и защитных проводников:

• TN-C – в наше время применяется все реже и встречается только в старых постройках; предназначались для трехфазных четырехпроводных сетей. Данная система не обеспечивает нужной безопасности
• TN-C-S – к такой системе переходят от TN-C тогда, когда в старой постройке планируется установка новой техники, в частности компьютерной. Уровень необходимой безопасности довольно высок
• TN-S – нулевой и рабочий проводники прокладывают отдельно, соединив токопроводящие части электрической установки
• TT – в этой системе с землей связаны открытые токоведущие участки
• IT – в отличие от TT изолирована от земли, благодаря чему утечка тока снижается максимально

Принцип работы зануления

Если дополнительно установить к занулению УЗО, это приведет к выключению одного из элементов, действующих наиболее быстро, или одновременному срабатыванию двух устройств. Нулевой провод всегда должен находиться в исправности. В случае если этот провод оборвется, в зануленных корпусах возрастет напряжение. Поэтому монтаж выключателей в нулевой провод запрещен.

В чем разница между занулением и заземлением

Основная разница заземления и зануления – то, что в заземлении уровень безопасности обеспечивается снижением напряжения тока, которое происходит очень быстро, а в занулении – от отключения поврежденного участка электрической сети. Поэтому заземление безопаснее и надежнее зануления. Также разница между заземлением и занулением состоит в том, что монтаж зануления – более тонкая и сложная работа, в то время как для установки заземления не требуется иметь особые навыки.

Как произвести монтаж заземления или зануления, можно увидеть на видео. Также в видео более подробно рассказано о разнице между занулением и заземлением.

Режимы работы нейтралей в электроустановках



Нейтралями электроустановок называют общие точки обмотки генераторов или трансформаторов, соединенные в звезду.

Вид связи нейтралей машин и трансформаторов с землей в значительной степени определяет уровень изоляции электроустановок и выбор коммутационной аппаратуры, значения перенапряжений и способы их ограничения, токи при однофазных замыканиях на землю, условия работы релейной защиты и безопасности в электрических сетях, электромагнитное влияние на линии связи и т.д.

В зависимости от режима нейтрали электрические сети разделяют на четыре группы:

• сети с незаземленными (изолированными) нейтралями;
• сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями;
• сети с эффективно-заземленными нейтралями;
• сети с глухозаземленными нейтралями.

В России к первой и второй группам относятся сети напряжением 3-35 кВ, нейтрали трансформаторов или генераторов которых изолированы от земли или заземлены через заземляющие реакторы.

Сети с эффективно-заземленными нейтралями применяют на напряжение выше 1 кВ. В них коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4. Коэффициентом замыкания на землю называют отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю поврежденной фазы к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания. В соответствии с рекомендациями Международного электротехнического комитета (МЭК) к эффективно-заземленным сетям относят сети высокого и сверхвысокого напряжения, нейтрали которых соединены с землей непосредственно или через небольшое активное сопротивление. В Советском Союзе к этой группе относятся сети напряжением 110 кВ и выше.

К четвертой группе относятся сети напряжением 220, 380 и 660 В.

Режим работы нейтрали определяет ток замыкания на землю. Сети, в которых ток однофазного замыкания на землю менее 500 А, называют сетями с малыми токами замыкания на землю (в основном это сети с незаземленными и резонансно-заземленными нейтралями). Токи более 500 А соответствуют сетям с большими токами замыкания на землю (это сети с эффективно-заземленными нейтралями).

Трехфазные сети с незаземленными (изолированными) нейтралями

В сетях с незаземленными нейтралями токи при однофазном замыкании на землю протекают через распределенные емкости фаз, которые для упрощения анализа процесса условно заменяют емкостями, сосредоточенными в середине линий (рис.1). Междуфазные емкости при этом не рассматриваются, так как при однофазных повреждениях их влияние на токи в земле не сказывается.

Рис.1. Трехфазная сеть с незаземленной нейтралью

а — нормальный режим;

б — режим замыкания фазы А на землю;

в — устройство для обнаружения замыканий на землю

В нормальном режиме работы напряжения фаз сети относительно земли симметричны и равны фазному напряжению, а емкостные (зарядные) токи фаз относительно земли также симметричны и равны между собой (рис. 1,а). Емкостный ток фазы

(1)

где С — емкость фазы относительно земли.

Геометрическая сумма емкостных токов трех фаз равна нулю. Емкостный ток нормального режима в одной фазе в современных сетях с незаземленной нейтралью, как правило, не превышает нескольких ампер и практически не влияет на загрузку генераторов.

В случае металлического замыкания на землю в одной точке напряжения неповрежденных фаз относительно земли возрастают в √з раз и становятся равными междуфазному напряжению. Например, при замыкании на землю фазы А (рис.1,б) поверхность земли в точке повреждения приобретает потенциал этой фазы, а напряжения фаз В и С относительно земли становятся соответственно равными междуфазным напряжениям . Емкостные токи неповрежденных фаз В и С также увеличиваются в соответствии с увеличением напряжения в √3 раз. Ток на землю фазы А, обусловленный ее собственной емкостью, будет равен нулю, так как эта емкость оказывается закороченной.

Для тока в месте повреждения можно записать:

(2)

т. е. геометрическая сумма векторов емкостных токов неповрежденных фаз определяет вектор тока через место повреждения. Ток I_С оказывается в 3 раза больше, чем емкостный ток фазы в нормальном режиме:

(3)

Согласно (1.3) ток I_С зависит от напряжения сети, частоты и емкости фаз относительно земли, которая зависит в основном от конструкции линий сети и их протяженности.

Приближенно ток I_с, А, можно определить по следующим формулам:

для воздушных сетей

(4)

для кабельных сетей

(5)

где U — междуфазное напряжение, кВ; l — длина электрически связанной сети данного напряжения, км.

В случае замыкания на землю через переходное сопротивление напряжение поврежденной фазы относительно земли будет больше нуля, но меньше фазного, а неповрежденных фаз — больше фазного, но меньше линейного. Меньше будет и ток замыкания на землю.

При однофазных замыканиях на землю в сетях с незаземленной нейтралью треугольник линейных напряжений не искажается, поэтому потребители, включенные на междуфазные напряжения, продолжают работать нормально.

Вследствие того что при замыкании на землю напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается в √з раз по сравнению с нормальным значением, изоляция в сетях с незаземленной нейтралью должна быть рассчитана на междуфазное напряжение. Это ограничивает область использования этого режима работы нейтрали сетями с напряжением 35 кВ и ниже, где стоимость изоляции электроустановок не является определяющей и некоторое ее увеличение компенсируется повышенной надежностью питания потребителей, если учесть, что однофазные замыкания на землю составляют в среднем до 65% всех нарушений изоляции.

В то же время необходимо отметить, что при работе сети с замкнутой на землю фазой становится более вероятным повреждение изоляции другой фазы и возникновение междуфазного короткого замыкания через землю (рис.2). Вторая точка замыкания может находиться на другом участке электрически связанной сети. Таким образом, короткое замыкание затронет несколько участков сети, вызывая их отключение. Например, в случае, показанном на рис.2, могут отключиться сразу две линии.

Рис.2. Двойные замыкания на землю в сети с незаземленной нейтралью

В связи с изложенным в сетях с незаземленными нейтралями обязательно предусматривают специальные сигнальные устройства, извещающие персонал о возникновении однофазных замыканий на землю.

Так, на рис.1, в показан способ контроля изоляции в сети с незаземленной нейтралью. Устройства контроля подключаются к сети через измерительный трансформатор напряжения типа НТМИ или через группу однофазных трансформаторов типа ЗНОМ.

Вторичные обмотки измерительных трансформаторов (рис.1,в) соединяются по схемам: одна (I) — звезда, вторая (II) — разомкнутый треугольник. Обмотка I позволяет измерять напряжения всех фаз, обмотка II предназначена для контроля геометрической суммы напряжений всех фаз.

Нормально на зажимах обмотки II напряжение равно нулю, поскольку равна нулю геометрическая сумма фазных напряжений всех трех фаз в сети с незаземленной нейтралью. При металлическом замыкании одной фазы в сети первичного напряжения на землю на зажимах обмотки II появляется напряжение, равное геометрической сумме напряжений двух неповрежденных фаз (рис.1,б) Число витков обмотки II подбирается так, чтобы напряжение на ее выводах при металлическом замыкании фазы первичной сети на землю равнялось 100 В. При замыкании на землю через переходное сопротивление напряжение на обмотке II в зависимости от сопротивления в месте замыкания будет 0-100 В.

Реле напряжения, подключаемое к обмотке II, будет при соответствующей настройке реагировать на повреждения изоляции первичной сети и приводить в действие сигнальные устройства (звонок, табло).

Персонал электроустановки может проконтролировать напряжение небаланса (вольтметром V₂) и установить поврежденную фазу (вольтметром V₁). Напряжение в поврежденной фазе будет наименьшим.

Отыскание места замыкания на землю после получения сигнала должно начинаться немедленно, и повреждение должно устраняться в кратчайший срок. Допустимая длительность работы с заземленной фазой определяется Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) и в большинстве случаев не должна превышать 2 ч.

Более опасно однофазное замыкание на землю через дугу, так как дуга может повредить оборудование и вызвать двух- или трехфазное КЗ (последнее часто наблюдается при однофазных замыканиях на землю одной из жил трехфазного кабеля). Особенно опасны дуги внутри машин и аппаратов, возникающие при однофазных замыканиях на заземленные корпуса или сердечники.

При определенных условиях в месте замыкания на землю может возникать так называемая перемежающаяся дуга, т.е. дуга, которая периодически гаснет и зажигается вновь. Перемежающаяся дуга сопровождается возникновением перенапряжений на фазах относительно земли, которые могут достигать 3,5 U_ф. Эти перенапряжения распространяются на всю электрически связанную сеть, в результате чего возможны пробои изоляции и образование КЗ в частях установки с ослабленной изоляцией.

Наиболее вероятно возникновение перемежающихся дуг при емкостном токе замыкания на землю более 5-10 А, причем опасность дуговых перенапряжений для изоляции возрастает с увеличением напряжения сети. Допустимые значения тока нормируются и не должны превышать следующих значений:

В сетях 3-20 кВ, имеющих линии на железобетонных и металлических опорах, допускается I_c не более 10 А. В блочных схемах генератор-трансформатор на генераторном напряжении емкостный ток не должен превышать 5А.

Работа сети с незаземленной (изолированной) нейтралью применяется и при напряжении до 1 кВ. При этом основные свойства сетей с незаземленной нейтралью сохраняются и при этом напряжении. Кроме того, эти сети обеспечивают высокий уровень электробезопасности и их следует применять для передвижных установок, торфяных разработок и шахт. Для защиты от опасности, возникающей при пробое изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений, в нейтрали или фазе каждого трансформатора устанавливается пробивной предохранитель.

Трехфазные сети с резонансно-заземленными (компенсированными) нейтралями

В сетях 3-35 кВ для уменьшения тока замыкания на землю с целью удовлетворения указанных выше норм применяется заземление нейтралей через дугогасящие реакторы.

В нормальном режиме работы ток через реактор практически равен нулю. При полном замыкании на землю одной фазы дугогасящий реактор оказывается под фазным напряжением и через место замыкания на землю протекает наряду с емкостным током I_C также индуктивный ток реактора I_L (рис. 3). Так как индуктивный и емкостный токи отличаются по фазе на угол 180°, то в месте замыкания на землю они компенсируют друг друга. Если I_C=I_L (резонанс), то через место замыкания на землю ток протекать не будет. Благодаря этому дуга в месте повреждения не возникает и устраняются связанные с нею опасные последствия.

Рис.3. Трехфазная сеть с резонансно-заземленной нейтралью

Суммарная мощность дугогасящих реакторов для сетей определяется из выражения

Q = n I_C U_Ф, (6)

где n — коэффициент, учитывающий развитие сети; ориентировочно можно принять n = 1,25; I_C — полный ток замыкания на землю, А; U_Ф — фазное напряжение сети, кВ.

По рассчитанному значению Q в каталоге подбираются реакторы требуемой номинальной мощности. При этом необходимо учитывать, что регулировочный диапазон реакторов должен быть достаточным для обеспечения возможно более полной компенсации емкостного тока при вероятных изменениях схемы сети (например, при отключении линий и т.п.). При I_C ≥ 50 А устанавливают два дугогасящих реактора с суммарной мощностью по (6).

Рис. 4. Устройство дугогасящих реакторов

а — типа РЗДСОМ, б — типа РЗДПОМ

В России применяют дугогасящие реакторы разных типов. Наиболее распространены реакторы типа РЗДСОМ (рис.4,а) мощностью до 1520 кВ А на напряжение до 35 кВ с диапазоном регулирования 1:2. Обмотки этих реакторов располагаются на составном магнитопроводе с чередующимися воздушными зазорами и имеют отпайки для регулирования тока компенсации. Реакторы имеют масляное охлаждение.

Более точно, плавно и автоматически можно производить настройку компенсации в реакторах РЗДПОМ, индуктивность которых изменяется с изменением немагнитного зазора в сердечнике (рис. 4,б) или путем подмагничивания стали магнитопровода от источника постоянного тока.

Дугогасящие реакторы должны устанавливаться на узловых питающих подстанциях, связанных с компенсируемой сетью не менее чем тремя линиями. При компенсации сетей генераторного напряжения реакторы располагают обычно вблизи генераторов. Наиболее характерные способы присоединения дугогасящих реакторов показаны на рис.5.

Рис.5. Размещение дугогасящих реакторов в сети

На рис.5,а показаны два дугогасящих реактора, подключенных в нейтрали трансформаторов подстанции, на рис.5.б — реактор, подключенный к нейтрали генератора, работающего в блоке с трансформатором. В схеме на рис.5, в показано подключение дугогасящего реактора к нейтрали одного из двух генераторов, работающих на общие сборные шины. Следует отметить, что при этом цепь подключения реактора должна проходить через окно сердечника трансформатора тока нулевой последовательности (ТНП), что необходимо для обеспечения правильной работы защиты генератора от замыканий на землю.

При подключении дугогасящих реакторов через специальные трансформаторы и трансформаторы собственных нужд, по мощности соизмеримые с мощностью реакторов, необходимо учитывать их взаимное влияние.

В первую очередь это влияние сказывается в уменьшении действительного тока компенсации по сравнению с номинальным из-за наличия последовательно включенного с реактором сопротивления обмоток трансформатора

(7)

где I_ном,р — номинальный ток дугогасящего реактора; U_к% — напряжение КЗ трансформатора; S_ном,т — номинальная мощность трансформатора.

Особенно резко ограничивающее действие обмоток трансформатора сказывается при использовании схемы соединения обмоток звезда-звезда, так как при однофазных замыканиях на землю индуктивное сопротивление у них примерно в 10 раз больше, чем при междуфазных КЗ. По этой причине для подключения реакторов предпочтительнее трансформаторы со схемой соединения обмоток звезда-треугольник. В свою очередь наличие дугогасящего реактора в нейтрали трансформатора обусловливает при однофазных замыканиях на землю дополнительную нагрузку на его обмотки, что приводит к повышенному нагреву. Это особенно важно учитывать при использовании для подключения реактора трансформаторов, имеющих нагрузку на стороне низшего напряжения, например трансформаторов собственных нужд электростанций и подстанций. Допустимая мощность реактора, подключаемого к нагруженному трансформатору, определяется из выражения

(8)

где S_ном,т — номинальная мощность трансформатора; S_max — максимальная мощность нагрузки.

Выражение (8) справедливо с учетом того, что значение cosφ нагрузки обычно близко к единице, а активное сопротивление реактора мало.

С учетом перегрузки трансформатора, допустимой на время работы сети с заземленной фазой и определяемой коэффициентом перегрузочной способности k_пер, допустимая мощность реактора, подключаемого к данному трансформатору, равна

(9)

При подключении реактора к специальному ненагруженному трансформатору необходимо выдержать условие (если перегрузка трансформатора допустима).

В сетях с резонансно-заземленной (компенсированной) нейтралью, так же как и в сетях с незаземленными нейтралями, допускается временная работа с замкнутой на землю фазой до тех пор, пока не представится возможность произвести необходимые переключения для отделения поврежденного участка. При этом следует учитывать также допустимое время продолжительной работы реактора 6ч.

Наличие дугогасящих реакторов особенно ценно при кратковременных замыканиях на землю, так как при этом дуга в месте замыкания гаснет и линия не отключается. В сетях с нейтралями, заземленными через дугогасящий реактор, при однофазных замыканиях на землю напряжения двух неповрежденных фаз относительно земли увеличиваются в √3 раз, т.е. до междуфазного напряжения. Следовательно, по своим основным свойствам эти сети аналогичны сетям с незаземленными (изолированными) нейтралями.

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.

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



Нейтраль. Определение, устройство и назначение

Электроэнергетика – это сложный промышленный комплекс, который состоит из множества составных частей. Чтобы каждый элемент работал правильно и выполнял поставленные задачи, необходимо точное знание и понимание физических процессов, которые протекают в силовом оборудовании. Некоторые из них легко объяснить, поэтому предлагаем познакомиться с таким понятием, как «нейтраль».

Общее назначение нулевого провода в обмотках трансформатора

Нейтраль – это общая, нулевая точка соединение проводника в трехфазных трансформаторах или генераторах. На текущий момент существует 4 основных разновидности присоединения нулевой точки:

1. Изолированная. Этот тип характеризуется отсутствием нейтрали. Основной схемой соединения для представленной сети является треугольник. При однофазных замыканиях на землю на рабочих фазах не чувствуют изменений в энергопотреблении. Подобная разновидность применяется в распределительных сетях 6-35 кВ.
2. Резонансно-заземленная. Указанный вариант предполагает использование заземления нулевой точки обмоток трансформатора или генератора через дугогасящие катушки или реакторы (ДГК, ДГР). Наличие специализированного оборудования компенсирует повышающийся уровень тока, позволяя избежать более сложных, межфазных повреждений.
3. Глухозаземленная. Самый распространенный тип нейтрали, который используется в сетях бытового потребления. Обмотка трансформаторов по низкой стороне выполняется соединением разомкнутая звезда, а нулевая точка заземляется через контур заземления трансформатора или трансформаторной подстанции. При повреждениях на линии или возникновении однофазного замыкания создается потенциал относительно земли, что приводит в действие защиту, отключающую линию.
4. Эффективно-заземленная. Разновидность заземленной нейтрали, которая используется в высоковольтных сетях 110 кВ и выше. Нулевая точка силовых трансформаторов и потенциал замыкания выносится на землю. Для повышения эффективности работы защит используется дополнительное оборудование заземлитель нейтрали одноколонковый (ЗОН). Положение коммутационного аппарата определяется режимными указаниями. Для распределительных сетей 6-35 кВ используется заземление через низкоомный резистор.

Типы соединения обмоток силовых трансформаторов

Как отмечалось выше, нейтраль – это соединение нулевого проводника трехфазного силового трансформатора или генератора. Чтобы определить тип заземления, достаточно посмотреть на схему энергетического оборудования. Для изолированной нейтрали принципиальная схема – это треугольник.

Остальные варианты реализованы через заземление нулевого проводника на землю, ДГК, низкоомный резистор. Последние в основном используются на подстанциях, которые преобразуют электрическую энергию высокого напряжения на низкое, потребительское. Принципиальная схема – звезда.

Изолированная нейтраль в электрических сетях

Применяется в распределительных сетях 6-35 кВ. Что касается физических проявлений изолированной нейтрали, напряжение возрастает до линейного. Основное назначение подобного типа связывается со следующими моментам:

1. Сеть не отключается, продолжает работать. Потребители на фазах без замыкания используют однофазные бытовые приборы до отключения линии. Перекос по напряжению в сетях 0,4 кВ отсутствует, в сетях 6-35 увеличивается до линейного.
2. Реализация таких сетей в разы дешевле в обслуживании, что позволяет экономить значительные средства на распределение электрической энергии.
3. Высокая надежность работы, особенно на воздушных линиях электропередач. Падение ветки не отключит фидер и обеспечит его работоспособность.

Главными недостатками изолированных сетей считаются:

1. При однофазном замыкании сеть продолжает работать, защиты не срабатывают, что иногда приводит к несчастным случаям с населением.
2. Наличие феррорезонансных процессов и возникновение реактивной мощности, которая ухудшает качество электрической энергии.

Резистор и напряжение 110 кВ и выше: как исполнена нулевая точка?

Эффективное заземление – это особый вид нулевого проводника, присоединенного к специализированному оборудования, который применяется в электроустановках выше 1 кВ. Для распределительных сетей используется вариант с заземлением через низкоомные резисторы, которые обеспечивают отключение линии при однофазном замыкании на землю без выдержки времени.

Линии высокого напряжения 110 кВ и выше также используют представленный тип нейтрали, что обеспечивает быстроту срабатывания защит. Для повышения чувствительности работы «релейки» у каждого силового трансформатора имеется специальное оборудование ЗОН. Одноколонковый заземлитель нейтрали обеспечивает также защиту от перегруза.

Заземление через низкоомные резисторы

Использование низкоомных резисторов считается идеальным решением в плане безопасности людей в распределительных сетях, а также в вопросах сохранения изоляции кабельных линий. Реализация защит предполагает выведение нулевой точки на специализированное оборудование, которое обладает меньшим омическим сопротивлением и дает сигнал на отключение линии. Фидер отключается с минимальной выдержкой времени, что является одним из достоинств. К прочим необходимо отнести:

• Первое, это нейтраль, которая при появление «земли» точно определяет поврежденное направление и отключает требуемую линию.
• Второе: нет необходимости в дополнительных расчетах и составлении режимных карт при ограниченных возможностях кольцевания распределительных сетей.

Важными недостатками такого типа заземления:

1. Не эффективен при больших токах замыкания на землю, так как появляются проблемы на подстанциях, где установлены низкоомные резисторы.
2. Низкая эффективность на ВЛ, а также на линиях большой протяженности. В первом случае малейшее приближение веток деревьев станет причиной отключения фидера. Особенно актуально с потребителями 1 особой, 1 и 2 категории.
3. Лишние отключения, которые возникают из-за неправильного срабатывания защит (отсутствие АПВ), предполагает простои в потреблении, материальные потери энергоснабжающей организации.

Глухое заземление силовых трансформаторов на землю

Все, что связано с распределительной сетью 0,4 кВ – это нейтраль с глухим заземлением на землю. Представленному типу отводится особое место и роль в плане безопасности. При появлении короткого замыкания на землю срабатывает защита, в частности, перегорают ПН-2 или отключается автомат. Относительно такой сети разрабатываются и защиты для проводки в домах и квартирах. Ярким примером является действие УЗО, обеспечивающее выявление токов утечки.

Основными преимуществами такого типа нейтрали считаются:

1. Идеально подходит для распределения электрической энергии, обеспечивает работоспособность бытового и специализированного однофазного/трехфазного оборудования.
2. Схема защиты не требует специализированного и дорогого оборудования. Технические средства по типу предохранителей или автоматов легко справляются с глухим замыканием на землю.

К недостаткам относится:

1. Защиты нечувствительны при дальнем КЗ. Необходимо точный расчет омического сопротивления петли фазы-нуль и правильный выбор автоматов или предохранителей.
2. Срабатывания не возникает при отсутствии замыкания на землю. Это представляет опасность для человека, что корректируется через использование изолированных проводов.

Резонансно-заземленные или компенсированные нейтрали

Резонансно-заземленные нейтрали применяются в основном в распределительных сетях напряжением 6-35 кВ, где схема подключения выполняется кабельными линиями. Присоединение нулевой точки осуществляется через специальные плунжерные или регулируемые трансформаторы РУОМ. Подобная система позволяет определить индуктивность в сети при однофазном замыкании, что обеспечивает компенсацию уровня тока.

Нейтраль такого типа снижает риск развития аварии, переход однофазного замыкания в межфазное. Достоинствами для напряжения 6-35 кВ являются:

1. Основное преимущество связывается с назначением оборудования. Высокая степень защиты изоляции кабельных линий при правильной подстройке.

Недостатками сети с таким типом нейтрали считаются:

1. Трудность настройки. Может возникнуть недокомпенсация или перекомпенсация, что не позволит правильно использовать оборудование. Для выстраивания необходим расчет индуктивности токов в зависимости от длины линии, мощности трансформаторов. В случае изменения схемы или добавления энергооборудования, плунжерные трансформаторы не всегда справляются с поставленными задачами.
2. Неправильно настроенное оборудование и высокий износ кабельных линий приводит к цепной реакции, которая предполагает выход из строя нескольких слабых участков сети.
3. Повышение технических потерь, которые возникают во время работы, а также проблемы безопасности. Компенсация тока на подстанции реализовывается относительно земли.
4. Невозможность определения линии, где произошло замыкание. Процесс выбора фидера с «землей» осуществляется через сравнение токов гармоник, что не всегда считается эффективным средством получения достоверной информации.

Нулевой проводник и дугогасящая катушка, реактор

Разница резонансно-заземленной нейтрали связывается с используемым оборудованием. Как отмечалось выше, нулевая точка может располагаться на дугогасящей катушке плунжерного типа или на регулируемом реакторе. Основные отличия связываются со следующими моментами:

1. ДГК предполагает компенсацию через отстроенную систему плунжерных трансформаторов. Настройка реализована через расчеты реальной сети службой релейной защиты. При возникновении замыкания на землю происходит компенсация токов, основанная на индуктивности. Процесс не регулируется и не подстраивается, что является неприятным моментом в случае появления «земли» в нескольких точках разных линий.
2. ДГР – более современное оборудование, которое предполагает использование автоматических систем определения индуктивности сети. Среди популярных вариантов считаются реакторы типа «РУОМ» с подстройкой «САМУР». Реализация опроса выполняется в реальном времени, что обеспечивает работоспособность даже при нескольких повреждениях с замыканием на землю.

Неважно глухозаземлена нейтраль или изолирована, применение каждого типа найдет место в современной электроэнергетике. А знание особенностей позволит разобраться с физической сущностью вопроса.

TN-C, TN-S, TNC-S, TT, IT

Для работы электроприборов достаточно присоединить к ним ноль и фазу. Однако такое подключение может привести к аварии и опасно для людей, проживающих в доме. Для предотвращения подобных ситуаций необходимо выбрать, устанавливать и подключить системы заземления и зануления.

Питание бытовых потребителей осуществляется от понижающего трёхфазного трансформатора, имеющего напряжение на выводах вторичной обмотки 0,4кВ или 380В. Катушки этого аппарата соединены звездой, средняя точка которой подключается к контуру заземления, находящемуся в земле возле трансформаторной будки. Такой аппарат называется «трансформатор с глухозаземлённой нейтралью».

В квартиру или частный дом от трансформатора приходят как минимум два провода — ноль и фаза, соединённых с фазным выводом и средней точкой звезды соответственно. Такое подключение обеспечивает напряжение в розетках 220В.

Кроме нулевого и фазного проводов в квартирах прокладывается заземляющий проводник, защищающий людей от поражения электрическим током при нарушении изоляции между корпусом электроприбора и частями электросхемы, находящимися под напряжением. Этот провод соединяется с системой заземления.

Такая система состоит из двух основных элементов — трансформатор и электроустановка. В простейшем случае это однофазная нагрузка, однополюсный автомат и одна фаза трёхфазного трансформатора.

Справка! Само понятие «система» происходит от др. греч. σύστημα «целое, состоящее из отдельных частей» — несколько элементов, работающих вместе и объединённых в одну конструкцию.

В этой статье рассказывается о классификации систем заземления, различии между чаще всего применяющимися видами — ТТ, TN-C и TN-C-S и про опасность применения зануления вместо заземления, а также о системах заземления TN-S и IT.

Классификация систем заземления по ПУЭ

Электроустановки (в частности трансформаторы) напряжением до 1000В по наличию систем заземления делятся на две категории, каждая из которых имеет свои сферы применения:

1. С глухозаземлённой нейтралью. Самый распространённый тип электротрансформаторов. Вторичные обмотки соединены в «звезду», средняя точка которых имеет постоянное подключение к контуру заземления. Жилые дома питаются только от трансформаторов с таким способом заземления нейтрали.
2. С изолированной нейтралью. Вторичные обмотки трансформаторов не заземляются. Являются разделительными и используются только в промышленности в специальных установках, таких, как нагревательные печи и некоторые другие, в которых важно отсутствие электрического соединения токоведущих частей и контура заземления.

Глухозаземлённая нейтраль в электротрансформаторах обозначается «TN». Самое распространённое защитное применение такой нейтрали — соединение с ней токопроводящих корпусов электроприборов отдельными проводами, однако они могут соединяться и другими способами.

При проектировании систем электроснабжения проектная организация выбирает тип заземления согласно полученному техническому заданию и описанию систем заземления. Этот выбор определяется ПУЭ и другими нормативными документами и от него зависит безопасность людей и приёмка здания в эксплуатацию.

Важно! Неправильный выбор вида системы заземления или некачественный монтаж приведут к требованию контролирующей организации исправить допущенные ошибки.

Виды систем заземления

Основным способом защиты от поражения электрическим током является применение одной из систем заземления. В главе 1.7 ПУЭ перечисляются пять типов таких устройств:

• TN-C;
• TN-C-S;
• TN-S;
• TT;
• IT.

Любая из этих систем надёжно защищает людей в условиях городской квартиры или частного дома, но имеет свои конструктивные и защитные отличия.

Применение конкретного вида защиты в особых условиях регламентируется ПУЭ и связано с особенностями помещений и электроустановок.

Информация! Установка заземления обязательна во всех новых зданиях и желательна при ремонте старых сооружений.

Выбор системы заземления производится на стадии проектирования здания и электропроводки до начала монтажных работ.

Система TN-C

Самый старый вид системы заземления — это система TN-C. В ней отсутствует отдельный провод для заземления и оно (заземление) осуществляется общим проводом PEN. Начиная от подстанции (трансформатора) PEN провод совмещает в себе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники (PEN = PE + N). В старых жилых домах применяется именно такое заземление.

По системе TN-C заземляются только вводные щитки в подъездах и столбы уличного освещения. В квартирах таких домов заземление в розетках отсутствует, а электропроводка выполнена двухпроводной – фаза и ноль.

Такое защитное заземление морально устарело и не обеспечивает надёжной защиты от поражения электрическим током. При необходимости заземлить электроприборы, а также во время реконструкции электропроводки заземление тип TN-C заменяется на TN-C-S.

Система TN-C-S

Защитное заземление этого типа устроено аналогично системе TN-C. Питающий трансформатор имеет глухозаземлённую нейтраль, а заземляющие провода соединяются с ней нулевым проводом PEN, который на входе в дом разделяется на нулевой проводник — N и заземляющий — PE.

Такое разделение производится только на вводе кабеля в многоквартирный дом, как правило в ВРУ (вводном распределительном устройстве). В вводном щитке эти кабеля присоединяются к общей шине или клемме. Допускается применение такой системы в частных домах, питание которых осуществляется воздушными линиями при подключении к трёхфазной сети.

Согласно ПУЭ пункт 1.7.132 разделение нулевого и заземляющего проводов в однофазной сети 220В не выполняется. При необходимости выполнить такое разделение оно производится там, где это разрешено правилами, а к дому прокладывается дополнительный провод.

То есть, если у Вас в квартире нет заземления, и вы хотите из системы TN-C сделать TN-C-S, такой способ разделения PEN проводника на просто ноли и заземление не прокатит в квартирном щитке.

Система TN-S

Самые дорогостоящие в реализации, но самые удобные и надёжные системы заземления — это системы TN-S, которые монтируются вместе с трансформаторами с глухозаземлённой нейтралью.

Для системы TN-S заземляющий и нулевой провода соединяются в трансформаторной подстанции. На всем протяжении больше эти проводники не связаны между собой.

К потребителю, будь то квартира или дом, приходит два независимых друг от друга проводника нулевой рабочий N и нулевой защитный PE.

Для бОльшей надёжности заземляющий провод РЕ может соединяться с контуром заземления на вводе в здание.

Это самый простой в эксплуатации тип защиты. При его монтаже отсутствуют высокие требования к контуру заземления здания.

Недостаток этой системы в необходимости вместо четырёх проводов (L1,L2,L3,РЕN) использовать пять, где пятым проводом является заземляющий PE, однако это перекрывается повышенной безопасностью эксплуатации. Поэтому новые воздушные и кабельные линии электропередач прокладываются пятижильными кабелями и проектируются по системе TN-S.

Система TT

Это такая система защитного заземления, которая выполняется при невозможности смонтировать заземление другого типа. В этом случае нейтраль трансформатора не имеет связи с заземляющими проводами электропроводки, и они подключаются к собственному контуру заземления дома.

То есть в системе TT нулевой провод сети никак не связан с заземляющим контуром потребителя.

Случаи применения системы ТТ указаны в ПУЭ п1.7.59.

Важно! Ток, возникающий при замыкании токоведущих частей с заземлённым корпусом может быть недостаточным для срабатывания автоматического выключателя. Поэтому, согласно ПУЭ п1.7.59, применять систему ТТ без УЗО или дифференциального автомата запрещается.

Система IT

Применяется с трансформаторами с изолированной нейтралью. Обычно она соединяется с заземлением через разрядник, обладающий высоким сопротивлением при низком напряжении и низким при повышении напряжения выше допустимого предела. Это защищает потребителей от попадания первичного напряжения во вторичную обмотку.

В этой питающей сети отсутствует нулевой провод N, заземляющий РЕ и однофазное напряжение как таковое. Потребители подключаются на линейное напряжение 380 Вольт.

Данная система используется только с двух- и трёхфазными установками. Металлический корпус электрооборудования и другие токопроводящие элементы соединяются с контуром заземления здания.

Токи короткого замыкания на землю в такой системе незначительные, поэтому использование УЗО или дифференциальных автоматов является обязательным.

Система уравнивания потенциалов

В особоопасных сырых помещениях, таких, как бассейны или сауны, кроме непосредственного заземления корпусов электроприборов, используется система уравнивания потенциалов.

Она заключается в соединении между собой всех металлических частей в помещении — стальных дверей, нержавеющих раковин, водопроводных и канализационных труб и других элементов. Все эти соединённые между собой части подключаются к применяемой системе заземления.

В чём опасность применения зануления вместо заземления

Некоторые электромонтёры предлагают использовать зануление вместо заземления. Это нельзя делать по нескольким причинам:

• Жилые дома подключаются к трёхфазной сети и по нулевому проводу течёт уравнительный ток. Так как этот провод имеет сопротивление, то между занулённым корпусом электроприбора и заземлёнными конструкциями, например водопроводным краном, имеется разность потенциалов. В обычных условиях это неопасно, но при прикосновении к воде или мокрой земле можно получить электрическим током.
• При обрыве нулевого провода и неравномерной нагрузке между нулём и фазой может быть не 220В, а больше, вплоть до 380В. В этом случае между занулённым корпусом электрооборудования и заземлёнными конструкциями появится опасное для жизни напряжение 220В.
• Нулевой и фазный провода подключаются к квартире через двухполюсный автоматический выключатель. При его срабатывании нулевой провод N, используемый в качестве заземляющего проводника, отключается от контура заземления. Это недопустимо по требованиям ПУЭ п1.7.145

К отдельно стоящему зданию может быть подведено не однофазное напряжение 220В, а трёхфазное с тремя фазными и одним нулевым проводами. В этом случае есть возможность переделки защитного зануления в систему заземления TN-C-S.

Вывод

Системы TT и IT также являются системами с заземлением. В них заземляющий провод РЕ не имеет электрической связи с нейтралью трансформатора.

Системы заземления TN всех видов считаются системами с занулением. В них заземляющий провод РЕ связан каким-либо способом с нейтралью питающего трансформатора и проводником N:

1. В системе TN-C-S заземляющие жёлтые или жёлто-зелёные провода подключены к проводнику PEN. Он проложен от нейтрали трансформатора к вводному щитку в здании.
2. В системе TN-C заземляющий проводник РЕ совмещён с нейтральным проводом N, поэтому к нему корпуса электроприборов не подключаются. Для их заземления защитное заземление типа TN-C необходимо переделать в TN-C-S.
3. Система TN-S является самой надёжной. В ней провода РЕ и N разделены на всём протяжении от электроприбора до нейтрали питающего трансформатора.

Нет системы заземления, идеально подходящей для всех ситуаций. Каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками, но у всех одна задача — обеспечение максимальной безопасности людей. Для выбора типа защиты необходимо знать, какие бывают системы заземления и зануления.

Похожие материалы на сайте:

Понравилась статья — поделись с друзьями!

Нейтральная система — с одним или несколькими заземлениями?

Система нейтрали

В системе распределения трехфазная нагрузка несимметрична и нелинейна, поэтому нейтраль играет очень важную роль в системе распределения. Как правило, распределительные сети эксплуатируются в несбалансированной конфигурации и также обслуживают потребителей.

Нейтраль — одинарное или многозаземленное? (Фото WM Dyer Electrical Contractors)

Это вызывает протекание тока через нейтральный провод и падение напряжения на нейтральном проводе.Неуравновешенная нагрузка и чрезмерный ток в нейтральном проводе являются одной из проблем в трехфазных четырехпроводных распределительных системах, которые вызывают падение напряжения в нейтральном проводе и создают проблемы для клиентов.

Наличие напряжения заземления нейтрали приводит к разбалансировке трехфазных напряжений для трехфазных потребителей и снижению фазного напряжения на нейтральное для однофазных потребителей.

Трехфазное четырехпроводное соединение с заземлением широко используется в современных системах распределения электроэнергии из-за более низких затрат на установку и более высокой чувствительности защиты от короткого замыкания, чем трехфазное трехпроводное соединение.

Нейтрали играют важную роль в обеспечении качества электроэнергии и безопасности. Система с несколькими заземленными нейтралью является преобладающей системой распределения электроэнергии, используемой в Соединенных Штатах.

Он позволяет неконтролируемому количеству электрического тока течь по земле без ограничений, создавая потенциальный вред для населения и животных, вызывая поражение электрическим током, и считается ответственным за необнаруженные поражения электрическим током.

Защитное заземление, используемое в приложениях низкого напряжения, 600 В и ниже, будет описано и использовано для объяснения опасностей, связанных с современной распределительной системой с несколькими заземленными нейтралью, используемой в Соединенных Штатах. Это позволит читателю увидеть параллели между безопасной распределительной системой низкого напряжения и опасной распределительной системой с заземленной нейтралью среднего напряжения.

Причины разработки трехфазных, четырехпроводных, многозаземленных систем связаны с сочетанием соображений безопасности и экономических соображений. Трехфазная, четырехпроводная конструкция с множеством заземлений успешно используется в течение многих лет и хорошо задокументирована в стандартах, включая Национальный электротехнический кодекс (NEC).Крайне важно принять решение о внедрении системы многозаземленной нейтрали, чтобы «сэкономить деньги» за счет внедрения системы распределения электроэнергии с заземленной нейтралью в ущерб общественной безопасности.

Система с несколькими заземленными нейтралью (MEN)

Трехфазная четырехпроводная нейтраль с несколькими заземлениями

На рисунке слева показаны системы с несколькими заземленными нейтралью, обычно используемые электроэнергетическими компаниями в Северной Америке. Реактор заземления нейтрали используется некоторыми коммунальными предприятиями для уменьшения доступного тока замыкания на землю, в то же время поддерживая эффективно заземленную систему.

Система заземления с несколькими заземленными нейтралью (MEN) — это система, в которой нейтральный провод низкого напряжения используется в качестве обратного пути с низким сопротивлением для токов короткого замыкания, и где повышение его потенциала поддерживается низким за счет подключения к земле с локации по всей длине. Нейтральный проводник заземляется на распределительном трансформаторе, на каждой установке потребителя и на определенных опорах или подземных столбах. Сопротивление между нейтральным проводом распределительной системы и землей не должно превышать 10 Ом в любом месте.

NEC, статья 250, часть X Заземление систем и цепей 1 кВ и выше (высокое напряжение)

1. Многократное заземление: Нейтраль системы с глухозаземленной нейтралью разрешается заземлять более чем в одной точке.
2. Многозаземленный нейтральный провод: заземляйте каждый трансформатор, заземляйте с интервалом 400 м или меньше, заземляйте экранированные кабели в местах, подверженных контакту с персоналом.

Одиночная заземленная нейтраль

Трехфазная четырехпроводная одиночная нейтраль с заземлением

На рисунке слева показана одиночная заземленная нейтраль, которая отличается от системы с несколькими заземлениями.На рисунке показано, что нейтраль также подключена к земле, но нейтральный провод проходит вместе с фазными проводниками. Конфигурация, показанная на рисунке, позволяет размещать электрические нагрузки и трансформаторы между любыми из трех фазных проводов, между фазой и / или фазой с нейтралью.

Это соединение между фазой и нейтралью заставит электрический ток течь через нейтраль обратно к трансформатору. Пока это электрическое соединение приемлемо, если нейтраль изолирована или рассматривается как потенциально находящаяся под напряжением, но в будущем будут внесены изменения, которые сведут на нет безопасность людей и животных.

Заземление обычно находится на распределительной подстанции. Это может показаться несущественным, но различия значительны.

Преимущества систем с несколькими заземленными нейтралью

(1) Оптимизация размера разрядника для защиты от перенапряжения:

• Ограничители перенапряжения применяются в энергосистеме на основе межфазного тока. напряжение заземления при нормальных и ненормальных условиях. В условиях замыкания на землю линейное напряжение может увеличиваться до 1.73 на блок на двоих, в исправном состоянии.
• Применение ограничителей перенапряжения в энергосистеме зависит от эффективности заземления системы. Состояние перенапряжения, которое может возникнуть во время замыкания на землю, можно минимизировать, поддерживая низкий импеданс нулевой последовательности. Следовательно, оптимизация размеров ограничителей перенапряжения в системе зависит от заземления системы.
• Эффективно заземленная система питания позволяет использовать ограничитель перенапряжения с более низким номиналом. Ограничитель перенапряжения с более низким номиналом обеспечивает лучшую защиту от перенапряжения при меньших затратах.Эффективно заземленная система может быть создана только с использованием многозаземленной нейтрали правильного размера.
• С системой с одной заземленной нейтралью требует использования разрядников на полное линейное напряжение. Это увеличивает стоимость ОПН и в то же время снижает защиту, обеспечиваемую ОПН. Кроме того, если нейтраль четвертого провода не заземлена, рекомендуется разместить разрядники для защиты от перенапряжений в соответствующих местах на этом проводе.

(2) Полное сопротивление нулевой последовательности ниже для системы с несколькими заземлениями, чем для системы с одноточечной заземленной нейтралью.

(3) Морозные и арктические условия отрицательно влияют на полное сопротивление нулевой последовательности. Нейтраль системы с несколькими заземлениями по-прежнему будет понижать полное сопротивление нулевой последовательности по сравнению с одной точкой заземления. Фактически, без многозаземленной системы более вероятно, что ток короткого замыкания будет недостаточным для правильной работы защиты от замыкания на землю.

(4) Стоимость оборудования для многозаземленной системы ниже.

(5) Вопросы безопасности на экранах кабелей.

• Кабели среднего и высокого напряжения обычно имеют кабельные экраны (требования NEC выше 5 кВ), которые необходимо заземлить. Для этого экрана есть несколько причин:
  • Для ограничения электрических полей внутри кабеля
  • Для получения равномерного радиального распределения электрического поля
  • Для защиты от наведенных напряжений
  • Для уменьшения опасности поражения электрическим током

  Если экран не заземлен, опасность поражения электрическим током может быть увеличена.Если экран заземлен в одной точке, индуцированное напряжение на экране может быть значительным и создать опасность поражения электрическим током. Поэтому на экране обычно используется несколько заземлений, чтобы ограничить напряжение до 25 вольт.

  Эта практика экранирования нескольких заземляющих кабелей включает в себя заземление концентрических нейтралей на силовых кабелях, тем самым увеличивая потребность в многократном заземлении нейтралей в энергосистеме.

Недостатки многократного заземления нейтрали

(1) Меньшая электробезопасность в общественной и частной собственности.

• В распределительной системе с несколькими заземленными нейтралью необходимо электрическое соединение с землей не менее 4 раз на милю, чтобы напряжение на многозаземленной нейтрали не превышало примерно 25 вольт, что делает его безопасным для линейных монтажников в случае их прихода. контактирует с нейтралью и землей.
• В соответствии с Правилом NESC 096 C на участке с заземленным нейтральным проводом, подключенным к земле не менее 4 раз на милю, и у каждого трансформатора и молниеотвода теперь есть несколько путей над и через землю, по которым может течь опасный электрический ток. непрерывно, неконтролируемо.
• Путь, по которому этот ток проходит через землю, не может быть определен. Мы не можем нанести изотоп на каждый электрон и проследить его путь, когда он бесконтрольно течет через Землю. Безответственно допускать протекание блуждающего неконтролируемого электрического тока в частную собственность и через нее.
• Национальный электротехнический кодекс (NEC) требует, чтобы нейтраль в сервисном разъединителе и плате защиты от перегрузки по току также была заземлена. Теперь вторичная нейтраль подключена к земле второй раз.Теперь существует параллельное соединение нейтрали с землей, позволяющее опасному электрическому току непрерывно бесконтрольно протекать по земле.

(2) Настройка реле защиты от замыкания на землю сложна.

Преимущества системы с одной заземленной нейтралью

(1) Более надежная и безопасная система.

(2) Установка реле защиты более проста в случае одиночной заземленной нейтрали:

• Трансформатор тока в месте, где заземлена нейтраль, можно использовать для определения тока замыкания на землю (нулевой последовательности).
• ТТ нулевой последовательности, охватывающий три фазного и нулевого проводов.

  Остаточный контур ТТ

• Остаточный контур с четырьмя ТТ (Остаточный контур с тремя ТТ с нейтрализацией ТТ).

• Защита от замыканий на землю в системе с несколькими заземленными нейтралью сложнее, чем в системе с одноточечным заземлением, поскольку необходимо учитывать как токи замыкания в нейтрали, так и токи замыкания на землю.
• Нейтральный ток и аналогичный ток замыкания на землю могут протекать как по нейтрали, так и по земле.Итак, мы должны рассчитать как ток как величину тока нейтрали, который может протекать в цепи, так и уставку замыкания на землю, которая должна быть выше этого тока нейтрали. Это очевидно из рисунка

(3) Определение тока замыкания на землю:

• Хотя определение тока замыкания на землю в одноточечной заземленной системе менее сложно, чем в многозаземленной системе, ток замыкания на землю в одноточечной заземленной системе может быть значительно ограничен из-за того, что весь ток замыкания на землю должен возвращаться через землю. Это особенно верно, когда удельное сопротивление земли высокое, почва промерзшая или почва очень сухая.

ССЫЛКИ:

• John P. Nelson Fellow, IEEE ANSI / IEEE Std 142-1991
• Westinghouse Electric Corporation, Справочник по передаче и распределению электроэнергии NFPA 70
• Джеффри Лейб, Число аварий поездов и вагонов на подъеме, газета Denver Post , 7 ноября 2002 г.
• RT Бек и Люк Ю, Рекомендации по проектированию систем заземления

Разница между заземлением и заземлением

разница между заземлением и заземлением.

В этой статье мы узнаем о разнице между заземлением и заземлением. мы также обсудим оборудование для заземления нейтрали.

Разница между заземлением.

Заземление	Заземление
Этот метод обеспечивает защиту человека от поражения электрическим током.	Обеспечивает защиту всей энергосистемы от сбоев.
2. Он содержит нулевой потенциал	Не имеет нулевого потенциала
3. Заземляющий провод зеленого цвета. Это означает, что индикация заземляющего провода зеленого цвета.	Цвет заземляющего провода черный. В качестве заземляющего провода используется черный провод. Это основное отличие заземления от заземления.
4. Он используется, чтобы избежать поражения электрическим током человека.	Используется для дисбаланса при перегрузке электрической системы.
5. Находится под котлованом между корпусом оборудования и землей. это также разница между заземлением и заземлением.	Он расположен между нейтралью корпуса компонента и массой.
6. Цель заземления — минимизировать риск поражения электрическим током при прикосновении к металлическим частям при наличии неисправности	Заземление выполняется для защиты оборудования энергосистемы и обеспечения эффективного обратного пути от машины к источнику питания. Например, заземление нейтральной точки трансформатора, подключенного звездой
7. В США используется термин «Заземление»	В Великобритании используется термин «заземление».

Заземление

Заземление энергосистемы

Заземление можно разделить на заземление нейтрали и заземление оборудования. Заземление нейтрали связано с заземлением нейтрали системы для обеспечения безопасности и защиты системы. Заземление оборудования — это заземление нетоковедущих частей оборудования для обеспечения безопасности персонала и защиты от молнии.это основное различие между заземлением и заземлением.

Система заземления нейтрали

Заземление системы

Существует ряд методов заземления нейтральных точек генераторов и трансформаторов. С одной стороны, это подземная или изолированная нейтраль, а с другой стороны — глухозаземленная нейтраль.

Между ними имеются различные степени заземления через сопротивление, реактивное сопротивление или дугогасящую катушку.

Изолированная нейтраль

Как следует из названия, система с изолированной нейтралью работает с нейтралью, не соединенной с землей.В случае короткого замыкания на землю на любой фазе, здоровые фазы принимают межфазный потенциал.

Твердое заземление

Сплошное заземление (также известное как эффективное заземление) означает прямое соединение нейтрали.

Заземление через сопротивление

Earthig

Когда необходимо ограничить ток замыкания на землю, нейтраль заземляется через металлический или жидкий резистор. Заземление через сопротивление также улучшает стабильность системы в условиях неисправности.

Следовательно, это разница между заземлением и заземлением.если вы найдете что-то неправильное в статье выше, вы должны оставить комментарий в поле для комментариев.

Если вы хотите узнать больше о разнице между заземлением и заземлением, посмотрите это видео.

Незаземленные, глухозаземленные и заземленные через сопротивление системы

Незаземленные, глухозаземленные и заземленные через сопротивление системы

НЕЗЕМНАЯ СИСТЕМА

Преимущества

• Возможна работа с одной неисправной фазой

Недостатки

• Замыкания на землю трудно обнаружить
• Переходные перенапряжения повреждают оборудование

СИСТЕМА ТВЕРДОЗЕМЛЕНИЯ

Преимущества

• Устраняет переходные перенапряжения
• Возможность выборочного отключения

Недостатки

• Дорогостоящие повреждения в месте неисправности
• Не может работать при замыкании на землю
• Опасность дугового замыкания на землю
• Повышенный риск дугового разряда

СИСТЕМА С СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Преимущества

• Уменьшение повреждений в месте повреждения и риска дугового разряда
• Устраняет переходные перенапряжения
• Упрощает определение места замыкания на землю.
• Непрерывная работа при замыкании на землю
• Возможность выборочного отключения
• Отсутствие опасности дугового разряда при замыкании на землю

Недостатки

• Отказ резистора заземления нейтрали приводит к неработоспособности токоизмерительной защиты от замыканий на землю

Преобразование систем с глухим заземлением в системы с заземлением через сопротивление

Резистивное заземление защищает систему от опасности возникновения дугового разряда, вызванного замыканиями на землю, и обеспечивает метод непрерывной работы или упорядоченную процедуру отключения.(По оценкам, замыкания на землю составляют 98% всех электрических неисправностей.)

Поскольку имеется нейтральная точка источника питания, прочное соединение между нейтралью и землей заменяется заземляющим резистором. Этот резистор ограничивает ток замыкания на землю до заданного значения, обычно 5 А для систем на 480 В (ток емкостной зарядки системы обычно меньше 3 А). Ограничивая ток замыкания на землю до 5 А или менее, исключается опасность дугового разряда, связанная с замыканиями на землю.Это обеспечивает непрерывную работу во время первого замыкания на землю.

Во время замыкания на землю в системе с заземленным сопротивлением (RG) происходит сдвиг напряжения (тот же сдвиг, что и в незаземленных системах). Поврежденная фаза падает до ~ 0 В, неповрежденные фазы повышаются до линейного напряжения по отношению к земле, а нейтральная точка повышается до линейного напряжения по отношению к земле.

Примечание по проектированию 1 : Преобразование NGR для системы с глухим заземлением требует подключения нейтрали к существующей энергосистеме, как правило, на главном трансформаторе или распределительном устройстве.См. Рисунок 2.

Примечание по проектированию 2 : Сдвиг напряжения требует, чтобы оборудование было полностью рассчитано на линейное напряжение по отношению к земле. Это может потребовать перенастройки или замены TVSS, VFD, счетчиков и т. Д.

Примечание разработчика 3 : Сдвиг напряжения также ограничивает нейтральное распределение. Нейтраль обычно не может быть распределена из-за повышения ее потенциала во время замыканий на землю. Однофазные нагрузки с линейным напряжением должны обслуживаться изолирующим трансформатором 1: 1 или преобразовываться в линейные нагрузки.

Примечание по проектированию 4 : сквозной ток резистора должен быть больше, чем ток емкостной зарядки системы (см. Раздел I). 15

Примечание разработчика 5 : Системы защиты, координации и оповещения зависят от целостности NGR. Рекомендуется мониторинг с помощью монитора SE-330 или SE-325 NGR.

Электробезопасность для высокоомных заземленных энергосистем — Bender

Что такое заземление с высоким сопротивлением?

Заземление с высоким сопротивлением (HRG) — это когда нейтральная точка электрической системы соединена с землей через ток.
ограничивающий резистор, обнаруживающий замыкания на землю при их возникновении.Во многих приложениях этот тип системы электроснабжения может
продолжают работать при замыкании на землю и контролируют напряжение замыкания на землю на приводном оборудовании, предотвращая опасности. HRG
обеспечивает лучшие характеристики как глухозаземленных, так и незаземленных трехфазных систем электроснабжения, оставаясь при этом рентабельным.

Устройства защиты от сверхтоков, такие как предохранители и автоматические выключатели, даже оборудованные для защиты от замыканий на землю, не могут
защита от замыканий на землю в системе HRG.Подходящая система обнаружения замыкания на землю обнаружит ток замыкания на землю в
низкоамперный или миллиамперный диапазон. При правильном проектировании такая система также быстро обнаружит неисправный фидер ответвления,
распределительное устройство или нагрузка. Системы отключения (в том числе
системы защиты от второго замыкания на землю) может
автоматически отключит неисправную цепь, позволяя остальной части системы продолжить работу.

Ограничение тока замыкания на землю

Когда происходит замыкание на землю, ток замыкания на землю продолжает течь, как в системе с глухим заземлением, но обычно ограничивается.
до 10 А или менее резистором заземления нейтрали
(NGR).У этого есть несколько преимуществ — ток, достаточный для
обнаруживать и обнаруживать замыкания на землю; предотвращается нарастание очаговых повреждений; не может возникнуть дуговое замыкание на землю; трогать
потенциал (напряжение между корпусом оборудования и землей) ограничен до более безопасного уровня; продолжал работу до тех пор, пока
система может быть отключена контролируемым образом разрешена; и переходных перенапряжений не может произойти.

Может ли неисправная система HRG работать бесконечно?

Как и в случае с незаземленными системами, при замыкании на землю
линейное напряжение на неповрежденных фазах увеличивается (от линейного к нейтральному до межфазного напряжения), что увеличивает
вероятность второго замыкания на землю из-за повышенной нагрузки на изоляцию. Неисправное оборудование необходимо отремонтировать или
заменены как можно скорее.

В то время как резистивное заземление снижает вероятность вспышки дуги между фазой и землей, делая системы более безопасными, линейный ток
и межфазная энергия дуги не изменяется.

NGR — жизненно важный компонент

Системы с заземлением через сопротивление полагаются на целостность NGR, за которой следует постоянно следить. Отказ NGR в открытом режиме
переводит систему в незаземленное состояние, блокирует обнаружение замыкания на землю с измерением тока и допускает возможность
переходное перенапряжение; в коротком режиме система надежно заземлена, что влечет за собой высокий ожидаемый ток замыкания на землю.
и повышенная опасность возникновения дугового разряда.NGR следует постоянно контролировать для обнаружения этих условий, а также для обнаружения замыканий на землю.
(в том числе во время режима отказа NGR-open). Бендер
NGRM500 и
Мониторы с заземляющим резистором нейтрали NGRM700 обеспечивают все три
требуемые защитные функции, определенные Разделом 10 Кодекса СЕ 2021 года — замыкание на землю в токоведущих проводниках, короткое замыкание
NGR и открытый NGR.

Заземление альтернативного источника питания — журнал IAEI

Когда двигатель-генераторная установка используется в качестве альтернативного источника энергии (т.е. аварийное или резервное питание), важно, чтобы они были должным образом заземлены и чтобы соответствующие переключатели были правильно выбраны. Это необходимо для обеспечения безопасности персонала, защиты оборудования, надежного определения замыкания на землю и бесперебойного питания электрических нагрузок.

Особые обстоятельства, относящиеся к системам аварийного питания, требуют особого внимания к заземлению. Например, в крупных строительных комплексах следует учитывать возможное отключение электроэнергии на объекте и необходимость защиты территории.Следует должным образом учитывать влияние нескольких заземляющих соединений, необходимость защиты от замыканий на землю, выбор передаточных переключателей и соответствие требованиям действующих норм. Хотя эта статья применима к большинству аварийных и резервных систем, она не охватывает переключение в системах среднего напряжения или ИБП с твердотельным инвертором в качестве альтернативного источника.

Электроэнергетические системы требуют заземления двух типов, а именно заземления системы и заземления оборудования.Как будет показано ниже, у каждого есть свои функции.

Заземление системы

Фото 1. Соединительная перемычка к корпусу генератора

Заземление системы относится к характеру и месту намеренного соединения между проводниками электрической системы и системами заземляющих электродов, которые обеспечивают эффективное соединение с землей. Другими словами, это относится к тому, как и где заземленный провод подключен к земле.

Назначение заземления системы: В соответствии с разделом 250.4 Национального электротехнического кодекса, проводники системы и цепи заземлены для ограничения напряжения из-за молнии, скачков напряжения в сети или непреднамеренного контакта с линиями более высокого напряжения, а также для стабилизации напряжения относительно земли во время нормальной работы. Системы с номинальным напряжением 600 В или менее имеют надежное заземление для облегчения работы устройства максимального тока в случае замыкания на землю.

Power Systems: Для максимальной надежности переключение передачи часто располагается близко к точке использования мощности (нагрузки).В большинстве коммерческих и многих промышленных установок критические нагрузки рассчитаны на 600 вольт или меньше. Следующие системы аварийного питания обычно используются для питания нагрузок между фазой и нейтралью и должны быть надежно заземлены:

240/120 В, однофазная, трехпроводная система
480/240 В, однофазная, трехпроводная система
208Y / 120 В, трехфазная, четырехпроводная система звезда
480Y / 277 В, три -фазная, четырехпроводная система звезда
600/347 В, трехфазная, четырехпроводная система звезда
240/120 В, трехфазная, четырехпроводная система, треугольник

Системы с глухим заземлением: Для облегчения работы устройства максимального тока, заземляющие проводники оборудования для систем с глухим заземлением должны быть присоединены к заземленному проводу системы на сервисном оборудовании и у источника отдельно выделенной системы (резервной или аварийной). Это соединение завершает путь возврата тока замыкания на землю от заземляющих проводов оборудования к заземленному проводнику системы. Заземляющие проводники системы и заземляющие электроды не предназначены для проведения тока замыкания на землю, возникающего из-за замыкания на землю в оборудовании, кабельных каналах и других кожухах. В системах с глухим заземлением ток замыкания на землю протекает через заземляющий тракт оборудования.

Системы с глухим заземлением обеспечивают максимальный контроль перенапряжений, но приводят к самым высоким значениям тока замыкания на землю.Однако внутреннее регулирование генераторов с альтернативным источником обычно ограничивает доступный ток короткого замыкания. Если необходимо обслуживать нагрузки между фазой и нейтралью, заземление нейтрали генератора с высоким сопротивлением не допускается, поскольку нейтраль никогда не должна использоваться в качестве проводника цепи в системах, заземленных через высокое сопротивление.

Заземление оборудования

Важно, чтобы все открытые металлические части электрического оборудования были прикреплены к заземляющему электроду. Сюда входят металлические детали, такие как рамы двигателя-генератора, металлические кожухи кабелепроводов и кабельных каналов, кабельные лотки, экраны кабелей, а также металлические стойки и лестницы в хранилищах.

Назначение заземления оборудования: Назначение заземления оборудования — обеспечение следующих функций:

1. Для поддержания низкой разности потенциалов между ближайшими металлическими элементами и, таким образом, защиты людей в зоне поражения электрическим током.

2. Для облегчения работы устройств защиты цепей за счет создания проводящих путей с низким сопротивлением для токов замыкания на землю.

3. Обеспечить эффективную систему электрических проводов, по которой могут протекать токи замыкания на землю, не создавая опасности возгорания или взрыва.

Пути заземления оборудования: Только путем обеспечения надлежащих путей заземления оборудования для металлических кожухов, корпуса генераторной установки двигателя и т. Д. Таким образом, чтобы обеспечить адекватную пропускную способность по току и достаточно низкое значение импеданса цепи замыкания на землю, можно избежать как опасности поражения электрическим током, так и опасности возгорания. Технические исследования показали, что важно иметь хорошие электрические соединения между участками кабелепровода или металлических кабельных каналов, которые используются в качестве путей заземления оборудования, а также гарантировать адекватную площадь поперечного сечения и проводимость этих заземляющих каналов.Если системы надежно заземлены, заземляющие проводники оборудования присоединяются к заземленному проводнику системы и проводнику заземляющего электрода на сервисном оборудовании и у источника отдельно производной системы в соответствии с требованиями разделов 250.30, 250.64 и 250.130 NEC.

Такая же сеть путей заземления оборудования требуется для систем с глухим заземлением, заземлением с высоким сопротивлением или незаземленным. Пути заземления оборудования в заземленных или незаземленных системах с высоким сопротивлением обеспечивают защиту от ударов и являются проводящим путем для межфазного тока короткого замыкания, если два замыкания на землю возникают одновременно на разных фазных проводниках.

Рама двигателя-генератора: Рама двигателя-генератора, кожух автоматического резерва, кабелепроводы и другие открытые компоненты системы аварийного электроснабжения должны быть прочно соединены вместе и подключены к заземленному проводу вспомогательного оборудования, обеспечивающего нормальную мощность, и / или заземлению. кондуктор ДВС. С помощью проводов заземляющих электродов эти заземленные проводники подключаются к заземляющим электродам в их соответствующих местах.

Национальный электротехнический кодекс позволяет использовать заземляющий электрод в качестве металлической подземной водопроводной трубы, которая может быть частью городской водопроводной системы или колодца в помещении. Однако не следует использовать заглубленные участки водопроводной системы длиной менее 10 футов или которые могут содержать пластмассовые или цементные материалы. Для небольших систем аварийного электроснабжения, где токи заземления имеют относительно низкую величину, существующие подземные водопроводные трубопроводы обычно предпочтительны в качестве электродов, поскольку они экономичны с точки зрения затрат. Тем не менее, прежде чем можно будет полагаться на какие-либо существующие электроды, важно измерить их сопротивление относительно земли, чтобы убедиться, что некоторые непредвиденные нарушения сплошности серьезно не повлияли на их пригодность. Кроме того, необходимо следить за тем, чтобы все части, которые могут отсоединиться, были эффективно соединены гибкими перемычками.

Переключение передачи

Двигатель-генераторная установка может или не может рассматриваться как часть «отдельно производной системы», как это определено в статье 100 Национального электротехнического кодекса :

Отдельно производные системы. Электропроводка в помещении, питание которой поступает от батареи, солнечной фотоэлектрической системы или от обмоток генератора, трансформатора или преобразователя, и которая не имеет прямого электрического соединения, включая жестко соединенный провод заземленной цепи, с проводниками питания, идущими в другая система.

Двигатель-генераторная установка может рассматриваться как часть отдельно производной системы с отдельно заземленной нейтралью, если соответствующий переключатель обеспечивает переключение нейтрального проводника. Таким образом, чтобы соответствовать определению Национального электротехнического кодекса для отдельно производных систем, заземление нейтрального вывода двигателя-генератора может быть выполнено только одним из двух методов:

1. Постоянно заземляйте нейтральную клемму двигателя-генератора только на заземляющем электроде входящей сети для обычного источника электроснабжения. Не будет переключения нейтрального проводника, и поэтому аварийный или резервный источник не будет считаться отдельно производной системой.Позже стало очевидно, что этот метод не решает всех проблем с обнаружением замыкания на землю.

2. Надежно заземлите нейтральный вывод двигателя-генератора на месте. Это потребует переключения нейтрального проводника, а аварийный источник будет определен как отдельно производная система.

Обеспечение надежной защиты от замыканий на землю в электрических системах с альтернативным аварийным или резервным питанием может быть затруднено, если не будет выбрано и должным образом скоординировано соответствующее оборудование. Множественные соединения нейтрали с землей могут помешать адекватному обнаружению токов замыкания на землю, а также могут вызвать ложное срабатывание автоматических выключателей. Чтобы обеспечить надлежащую защиту от замыканий на землю, может быть полезно понимание требований кодов, включая разделы 230.95, 250.30 и 445.3 NEC .

Есть три подхода, которые следует учитывать при соблюдении текущих требований Кодекса. Для трехфазной 4-проводной системы с заземлением они включают: (1) использование 3-полюсного безобрывного переключателя с двигателем-генератором, рассматриваемым как отдельно производный источник, (2) использование 4-полюсного безобрывного переключателя с двигателем. генераторная установка, рассматриваемая как отдельно производный источник, и (3) использующая 3-полюсный передаточный переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами, с мотор-генераторной установкой, рассматриваемой как отдельно производный источник.Однако простое выполнение минимальных требований Кодекса не обязательно обеспечивает степень надежности, необходимую для хорошей системы аварийного электроснабжения. Разработчик системы должен учитывать следующее: двигатель-генераторная установка часто находится на удалении от заземленного входа в коммунальные службы, и потенциалы заземления в двух местах могут не совпадать.

Рисунок 1. Отсутствие защиты зоны с незаземленным двигателем-генератором, обеспечивающим питание нагрузки

Хорошая инженерная практика требует, чтобы автоматический переключатель был расположен как можно ближе к нагрузке, чтобы обеспечить максимальную защиту от сбоев питания из-за отказов кабеля или оборудования на объекте (защита зоны).Таким образом, расстояние кабеля между входящей сетью и переключателем, а затем и двигателем-генератором может быть значительным. Подумайте, что произойдет, если произойдет сбой кабеля, как показано на рисунке 1, если двигатель-генератор не будет заземлен на собственный заземляющий электрод. Нагрузка автоматически переключается на незаземленную систему аварийного электроснабжения. Это, в свою очередь, может поставить под угрозу бесперебойную работу службы экстренной помощи и привести к дополнительным сбоям. Одновременный отказ оборудования или отказ кабеля (разрыв между линией и землей оборудования) после перехода в аварийный режим может не быть обнаружен.Таким образом, корпус генератора может приближаться к линейному потенциалу, вызывая значительную разницу напряжений между корпусом генератора и заземленным проводником (нейтралью).

Некоторые местные нормы и правила требуют защиты от замыкания на землю во время работы двигателя-генератора. Это может представлять проблему с обнаружением, если нейтральный проводник генератора не подключен к заземляющему электроду в месте расположения генератора и не обеспечена надлежащая изоляция нейтралей. Кроме того, некоторые местные нормы и правила штата (Пенсильвания и Массачусетс) требуют защиты территории, что может создать дополнительные проблемы, если нейтральный проводник генератора не изолирован и не заземлен в месте расположения генератора.

Когда безобрывный переключатель находится в аварийном положении, могут возникнуть другие проблемы, если двигатель-генератор не заземлен должным образом. Например, замыкание на землю может вызвать ложное срабатывание автоматического выключателя при замыкании на землю источника, даже если ток нагрузки не течет через выключатель. Это предотвратит автоматический возврат к нормальному источнику и изоляцию состояния отказа. Это не согласуется с разделом 230.95 (C) FPN № 3 Национального электротехнического кодекса, который гласит: «Если для средств отключения обслуживания предусмотрена защита от замыкания на землю, а соединение выполняется с другой системой электроснабжения с помощью передаточного устройства. , могут потребоваться средства или устройства для обеспечения надлежащего обнаружения замыкания на землю оборудованием защиты от замыкания на землю.Более того, как нормальный нейтральный проводник, так и аварийный нейтральный проводник будут одновременно уязвимы для одного и того же тока замыкания на землю. Таким образом, единичный отказ может поставить под угрозу питание критических нагрузок, даже если имеется как энергоснабжение, так и аварийное электроснабжение. Такое состояние может быть нарушением правил, требующих независимой проводки и отдельных аварийных фидеров.

Трехполюсное безобрывное переключение: Использование трехполюсных безобрывных переключателей является самым дешевым

Рисунок 2.Неправильное определение замыкания на землю

и требует меньше места, и система не считается «отдельно производной системой». Однако токи замыкания на землю могут привести к срабатыванию автоматического выключателя источника, когда нагрузка подключена к двигателю-генератору (см. Диаграмму на рисунке 2). Кроме того, использование 3-полюсных автоматических переключателей не обеспечивает защиту зоны на объекте, и это может привести к незаземленной энергосистеме в случае отказа кабеля (см. Диаграмму на рисунке 1). Наконец, с нейтральным проводом, подключенным к входящей нормальной сети, трудно обеспечить обнаружение замыкания на землю на аварийной стороне, как требуется в соответствии с разделом 700.7 (D) Национального электротехнического кодекса.

Четырехполюсный автоматический переключатель: Лучшим решением является использование четырехполюсного автоматического переключателя, который обеспечивает полную изоляцию рабочего провода и нулевого провода генератора. Это исключает возможность неправильного определения замыкания на землю и ложных отключений, вызванных множественными соединениями нейтрали с землей. Когда это будет сделано, генератор будет соответствовать определению отдельно производной системы в соответствии с действующим Национальным электротехническим кодексом. Когда нейтрали изолированы таким образом, к выходу генератора можно добавить защиту от замыкания на землю с помощью обычных датчиков.

Фото 2. Безобрывный переключатель с переключенным нейтральным проводом

Четырехполюсные автоматические переключатели успешно применяются в приложениях, где нагрузки пассивны и относительно сбалансированы. Однако несбалансированные нагрузки могут вызывать аномальные напряжения на срок от 10 до 15 миллисекунд, когда нейтральный проводник моментально размыкается во время переключения нагрузки. Автоматические переключатели часто используются во время полного дисбаланса нагрузки, вызванного однофазным режимом.Индуктивные нагрузки могут вызвать дополнительные высокие переходные напряжения в микросекундном диапазоне. Кроме того, следует помнить, что контакты четвертого переключающего полюса действительно прерывают токи нейтрали и, следовательно, подвержены дуге и эрозии контактов. Однако эрозию контактов четвертого полюса можно свести к минимуму, если четвертый полюс предназначен для размыкания последним (после того, как три других полюса прерывают ток нагрузки) и создания первого контакта без дребезга. В любом случае, хорошая программа технического обслуживания должна периодически подтверждать целостность четвертого полюса как токонесущего элемента с достаточно низким импедансом.

И Национальный электротехнический кодекс , и Underwriters Laboratories, Inc. признают использование четырехполюсных автоматических переключателей для 3-фазных, 4-проводных систем. В некоторых европейских странах, включая Германию и Францию, обязательно использовать 4-полюсные коммутационные устройства.

Перекрывающиеся нейтральные контакты: Другой метод изоляции нормальной и аварийной нейтрали источника — использование 3-полюсного автоматического переключателя резерва с включением перекрывающихся переключающих контактов нейтрали. Эта функция обеспечивает необходимую изоляцию между нейтралью и в то же время сводит к минимуму аномальные коммутационные напряжения.Посредством перекрывающихся контактов нейтрали нормального и аварийного источников питания соединяются вместе только во время переключения и обратного переключения. В случае обычного двухпозиционного переключателя с электромагнитным управлением эта продолжительность может быть меньше, чем время срабатывания датчика замыкания на землю, которое обычно устанавливается в пределах от 6 до 24 циклов (от 100 до 400 миллисекунд).

Рисунок 3. Система с перекрывающимися нейтральными контактами

На рис. 3 показана типичная система, в которой используется трехполюсный переключатель с перекрывающимися нейтральными переключающими контактами для изоляции нейтральных проводов. Обратите внимание, что нет возможного протекания тока короткого замыкания через нейтральный проводник, который бы отвлекал или эффективно уменьшал обнаружение замыкания на землю. Кроме того, нет возможности протекать несимметричный ток через нейтраль генератора, чтобы изменить уровень срабатывания датчика замыкания на землю и, возможно, вызвать ложное срабатывание выключателя. Как и в случае с четырехполюсным автоматическим переключателем, к аварийной стороне можно легко добавить обычный датчик замыкания на землю. Как показано на рисунке 3, обнаружение замыкания на землю на аварийной стороне часто используется для срабатывания цепи аварийной сигнализации, а не для отключения выключателя, как это требуется в Разделе 700.7 (D) Национального электротехнического кодекса.

При перекрытии переключающих контактов нейтрали нейтраль нагрузки всегда подключается к одному источнику питания. Поскольку при срабатывании безобрывного переключателя отсутствует мгновенное размыкание нейтрального проводника, аномальные и переходные напряжения сводятся к минимуму. Другое преимущество состоит в том, что отсутствует эрозия перекрывающихся контактов из-за образования дуги, что обеспечивает целостность проводки по току и отсутствие увеличения импеданса нейтральной цепи. Следует отметить, что 3-полюсный автоматический переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами не следует указывать как 4-полюсный переключатель в соответствии со стандартом UL-1008 Underwriters Laboratories и национальным электрическим кодексом .

Выбор оборудования для безобрывной коммутации: Для трехфазных четырехпроводных систем с одним безобрывным переключателем и одним двигателем-генератором ответы на вопросы в таблице 1 служат руководством при выборе типа безобрывного переключателя, необходимого для конкретного применения.

Если ответы на первые три вопроса (a, b и c) все «да», необходимо использовать 4-полюсный безобрывный переключатель или 3-полюсный безобрывный переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами, чтобы удовлетворить требованиям. Национального электротехнического кодекса 1999 года.Если на любой из этих вопросов дан ответ «нет», переходите к вопросам d и e.

Если ответ «да» на вопрос d или e, используйте 4-полюсный безобрывный переключатель или 3-полюсный безобрывный переключатель с перекрывающимися нейтральными контактами, чтобы удовлетворить требованиям Национального электротехнического кодекса. Если на оба вопроса ответ отрицательный, можно использовать менее дорогой трехполюсный переключатель без перекрывающихся нейтральных контактов. Затем нейтральный вывод генератора должен быть заземлен на вводе нормального источника.

Таблица 1. Руководство по выбору типа безобрывного переключателя

Хотя приведенные выше вопросы относятся к трехфазным четырехпроводным системам, тот же подход может быть использован для однофазных трехпроводных систем для определения оборудования переключения передачи. Однако большинство однофазных систем имеют ток 400 ампер или меньше, и поэтому их можно удовлетворить с помощью двухполюсных переключателей. Следует иметь в виду, что описанный выше подход к выбору применяется только к приложениям с одним двигателем-генератором и одним передаточным переключателем.

Множественные переключатели резерва: Множественные переключатели резерва, расположенные близко к нагрузкам, часто используются, а не один переключатель для всей нагрузки. В таких случаях следует учитывать возможность отказа кабеля или оборудования между вспомогательным оборудованием и переключателями, что может привести к тому, что аварийная или резервная система питания станет незаземленной. Это особенно важно, если неразъемный нейтральный проводник заземляется только на вспомогательном оборудовании.

Рис. 4. Множественные автоматические переключатели с ненадлежащим обнаружением замыкания на землю

В таких условиях существует вероятность отключения цепей замыкания на землю, когда замыкания на землю нет. На рисунке 4 показана типичная система с несколькими трехполюсными автоматическими переключателями. Когда питание подается от обычного источника к нагрузке через безобрывный переключатель, нейтральный ток будет делиться между двумя нейтральными проводниками. Часть тока вернется по нормальному обратному пути.Остальной ток будет течь к нейтральному выводу двигателя-генератора и через нейтральный провод другого переключателя к нормальному источнику. Это может вызвать отключение любого автоматического выключателя при замыкании на землю, даже если замыкания на землю нет. Проблему можно решить, используя трехполюсные переключатели с перекрывающейся нейтралью или четырехполюсные переключатели.

Несколько агрегатов двигатель-генератор: Когда несколько агрегатов двигатель-генератор подключены параллельно и служат в качестве общего источника энергии, каждая нейтраль генератора обычно подключается к общей шине нейтрали в параллельном распределительном устройстве, которое, в свою очередь, заземлен.Соответствующее распределительное устройство, содержащее нейтральную шину, должно располагаться поблизости от генераторных установок. Один провод заземления системы между нулевой шиной и землей упрощает добавление оборудования для измерения замыкания на землю.

Однако для агрегатов двигатель-генератор, которые физически разделены и используются для изолированных нагрузок, могут потребоваться дополнительные соединения нейтрали с землей. Используя несколько четырехполюсных переключателей или трехполюсных переключателей с перекрывающимися нейтральными контактами, можно получить надлежащую изоляцию и определение замыкания на землю.

Модернизация оборудования автоматической коммутации: Модернизация старого оборудования безводной коммутации в соответствии с действующими нормами и стандартами может стать реальной проблемой, особенно для более крупных и сложных промышленных и коммерческих объектов. Осознание того, что трехполюсные автоматические переключатели не всегда могут обеспечить полную изоляцию и надлежащее определение замыкания на землю, в прошлом не было слишком очевидным. В связи с тем, что обновляется все больше аварийных и резервных систем питания, к проблемам безопасности и ответственности за продукцию не следует относиться слишком легкомысленно. Это обстоятельство дает еще одну причину, по которой модернизированные установки включают в себя соответствующее заземление и, предпочтительно, новые переключатели, обеспечивающие переключение нейтрального проводника. Независимо от того, требуется ли определение замыкания на землю, правильное переключение нейтрального проводника является хорошей инженерной практикой из-за изоляции системы, улучшенного заземления и дополнительной безопасности, которую оно может обеспечить.

Выводы

Как указано в этой статье, существует ряд факторов, которые следует учитывать при согласовании переключения передачи и заземления генераторных установок.Простое соблюдение минимальных требований кодекса не обязательно гарантирует степень надежности, требуемую для таких систем. Следует тщательно продумать защиту от перебоев в подаче электроэнергии в здании или сооружении и обеспечить адекватную защиту от замыканий на землю. Методы заземления оборудования и системы должны быть такими, чтобы обеспечивать оптимальную безопасность и гарантировать максимальную непрерывность подачи питания на основные нагрузки. Это включает в себя надлежащее заземление и обнаружение замыкания на землю, когда переключатель передачи находится как в аварийном, так и в нормальном положении.

Как правило, в большинстве приложений, требующих обнаружения замыкания на землю, защиты зоны, нескольких переключателей передачи или нескольких генераторных установок двигателя, локальную мощность следует рассматривать как отдельно производную систему. В таких случаях нейтраль ДВС заземляется на месте.

В рамках данной статьи не предполагается подробное описание всех аспектов заземления систем электроснабжения на объекте. Тем, кому требуется более подробная информация, может оказаться полезным следующий список ссылок.

Список литературы

[1] EGSA Электроэнергетика на месте: Справочник , четвертое издание, Ассоциация электрических генерирующих систем, Корал-Спрингс, Флорида.

[2] Национальный электротехнический кодекс , NFPA № 70-2002, Национальная ассоциация противопожарной защиты, Куинси, Массачусетс.

[3] Рекомендуемая практика IEEE для заземления промышленных и коммерческих систем питания (Зеленая книга), Стандарт 142-1991, Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

[4] Стандарт для автоматических переключателей резерва , UL 1008, Underwriters Laboratories, Мелвилл, Нью-Йорк.

[5] Надлежащее заземление систем электроснабжения на объекте , Р. Кастенскиолд и Г.С. Джонсон, журнал IEEE Industry Applications, март / апрель 2001 г., Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

[6] Рекомендуемая практика IEEE для систем аварийного и резервного питания (Оранжевая книга), стандарт 446-1995, Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Промышленные силовые трансформаторы — Эксплуатация и техническое обслуживание [часть 2]

2. НЕЙТРАЛЬНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Заземление нейтрали является сложным вопросом, и всякий раз, когда он обсуждается
инженеры-электрики высказывают разные мнения, а обсуждение занимает много времени. Оно может
и стал предметом целых учебников, так что, посвящая больше не
чем часть раздела к теме, можно только вкратце взглянуть на
основные аспекты, поскольку они влияют на конструкцию и работу трансформатора.Практика различается в разных странах и даже в разных коммунальных службах.
в той же стране. Время от времени на протяжении многих лет индивидуальные коммунальные услуги
имели возможность пересмотреть свою практику, и это иногда приводило
подробно об изменениях, которые в них вносятся. К счастью для разработчиков трансформаторов,
заземление нейтральной системы может относиться только к одной из трех категорий.
Это:

(1) Нейтраль с глухим заземлением (2) Нейтраль с заземлением через полное сопротивление (3) Нейтраль
изолированы и из-за проблем и недостатков третьей альтернативы,
маловероятно, что он встретится на практике, так что это только необходимо
уметь проектировать для первых двух.

В этом разделе основное внимание уделяется методам заземления в
Великобритания, где руководящие принципы в отношении заземления определены
статут в форме Положения об электроснабжении 1988 г.

Приведенные выше правила заменили правила 1937 года и правила электроснабжения (накладные расходы).
Строки) Регламента 1970, а также отдельные разделы Приложения к
Закон об электрическом освещении (статьи) 1899 г., и они представляют собой в основном рационализацию
и процесс обновления, а не какое-либо серьезное изменение практики Великобритании.Часть II
правила 1988 г. содержат положения, касающиеся заземления. Это говорит
что:

• Каждая электрическая система с номинальным напряжением более 50 В должна быть подключена к
земля.

• Порядок выполнения этого заземления в системах высокого и низкого напряжения различается.

Низкое напряжение определяется как превышающее 50 В, но не превышающее 1000 В и в основном
относится к распределительным сетям 415 В. В случае системы высокого напряжения за пределами
требование, чтобы он был заземлен, метод изготовления
подключение не указано, но для системы низкого напряжения правила говорят, что
‘никакое сопротивление не должно быть добавлено ни при каких соединениях с землей . .. кроме
что требуется для работы коммутационных аппаратов, приборов, управления
или телеметрическое оборудование.Другими словами, низковольтные системы должны быть надежно заземлены.
Система защитного многократного заземления, которая может быть выгодна на 415
V в распределительных сетях в некоторых ситуациях разрешается в системах низкого напряжения.
к некоторым другим условиям, но это по-прежнему требует, чтобы нейтраль
быть надежно заземленным на или как можно ближе к источнику
напряжения. ‘

Заземление высоковольтных сетей

Как указано выше, законодательное требование в Великобритании заключается в том, что в основном все
электрические системы должны быть заземлены, поэтому обсуждение технических
достоинства и недостатки несколько академичны.Однако важно, чтобы читатели
такого тома понимают их полностью, поэтому они могут быть изложены как
следует.

Преимущества подключения высоковольтной сети к земле:

• Замыкание на землю фактически превращается в короткое замыкание линии на нейтраль.
Высоковольтные колебания, которым подвержены системы с изолированной нейтралью.
восприимчивы и могут нанести серьезный ущерб таким системам, уменьшаются
к минимуму, и, следовательно, коэффициент безопасности системы относительно земли
неисправностей в значительной степени увеличилось.Это рассуждение применимо к системам с накладными расходами.
линии или подземные кабели, хотя в большей степени первые.

• Заземленная нейтраль обеспечивает быстрое срабатывание защиты сразу после заземления.
в системе происходит сбой. В высоковольтных сетях происходит большинство неисправностей на линии.
К земле, приземляться. В частности, в случае подземных кабелей, были ли они на
системы, использующей изолированную нейтраль, они могли бы принять форму участка
интенсивное искрение, которое в случае многожильных кабелей может привести к
в конечном итоге в коротком замыкании между фазами.Заземленная нейтраль вместе
с чувствительной защитой от замыканий на землю, в результате
изолированы на ранней стадии неисправности.

• Если нейтраль надежно заземлена, напряжение любого токоведущего провода не может
превышают напряжение от линии к нейтрали. Поскольку в таких условиях нейтральный
точка будет при нулевом потенциале, можно добиться заметного снижения
в изоляции к земле кабелей и воздушных линий, что создает
соответствующая экономия затрат.Также возможно изготовление аналогичного утеплителя.
сокращение трансформаторов и, за счет использования неоднородной изоляции, сделать
дальнейшее уменьшение количества изоляции, применяемой к нейтральному концу
Обмотки ВН. В Великобритании неоднородная изоляция используется для напряжения системы.
132 кВ и выше.

Устойчивое замыкание на землю в одной линии системы с изолированной нейтралью.
напряжение двух звуковых линий до полного линейного напряжения над землей, что
поддерживается до тех пор, пока сохраняется неисправность.Изоляция всего оборудования
подключенный к звуковым линиям подвергается этому более высокому напряжению, и хотя
он может выдержать некоторое перенапряжение, но со временем выйдет из строя. Дополнительно
высоковольтные системы, из-за эффектов емкости, напряжение двух
звуковые линии могут вначале достигать значения, приближающегося к двойному значению нормальной линии
напряжение в результате того же явления, что и удвоение напряжения, которое имеет место
при включении чистой емкости в цепь, а изоляция системы
будут соответственно переутомлены.

• В незаземленной системе напряжение относительно земли любого линейного проводника может
иметь любое значение вплоть до значения пробоя изоляции на землю, даже
хотя нормальное напряжение между линиями и между линией и нейтралью сохраняется.

Такое состояние может легко возникнуть из-за влияния емкости на системы,
воздушные линии, так как они особенно подвержены наведенному статическому заряду
от соседних заряженных облаков, пыли, мокрого снега, тумана и дождя, а также до изменений
высота линий.Если не предусмотрено ограничение этих индуцированных
зарядки, происходит постепенное накопление, и линия и подключенное оборудование
чтобы он мог достигнуть высокого «плавающего» потенциала над землей, пока он не будет устранен
при пробое на землю изоляции линии или машины или при эксплуатации
согласующих разрывов или разрядников.

Если, однако, нейтральная точка заземлена напрямую или через ток
устройство ограничения арендной платы, индуцированные статические заряды проводятся на землю как
они появляются, и вся опасность для изоляции линии и оборудования исчезает.
удаленный.Никакая часть надежно заземленной нейтрали не может достигать напряжения выше
земля больше нормального напряжения от линии к нейтрали.

Недостатки подключения высоковольтной сети к земле

• Единственным недостатком заземления высоковольтной системы является то, что это
вводит первое заземление с самого начала и, таким образом, увеличивает восприимчивость
к замыканиям на землю. Это может быть неудобно в случае протяженной ВЛ,
особенно в районах с высокой степенью ударов молнии, однако такие разломы
обычно временного характера и обычно очищается немедленно, линия
сработал, так что автоматическое АПВ с задержкой быстро восстанавливает
запасы.

Таким образом, очевидно, что преимущества заземления намного перевешивают
недостатки. Для разработчиков трансформаторов, безусловно, самое значительное преимущество
возможность использовать неоднородную изоляцию.

Многократное заземление

Одно заметное различие между Правилами электроснабжения 1988 г.
а те, что им предшествовали, — это отношение к множественному заземлению. Правила
1937 г. требовал, чтобы каждая система была заземлена только в одной точке и
заявил, что соединение систем, каждая из которых заземлена в одной точке
не было разрешено, кроме как по специальному разрешению уполномоченных по электричеству.
с согласия генерального почтмейстера, который в то время
ответственность за телекоммуникации.Причиной этого, конечно же, была
беспокойство о том, что заземление системы более чем в одной точке приведет к циркуляции
гармонических токов через несколько точек заземления. Как объяснено в разделе
2 гармонические напряжения третьего порядка трехфазной системы синфазны.
друг с другом так, что если две точки системы заземлены одновременно,
гармонические напряжения третьего порядка будут действовать, создавая циркулирующие токи.
В частности, высокочастотные составляющие этих циркулирующих токов
может вызывать помехи в телекоммуникационных цепях, и это было причиной
озабоченности Генеральному почтмейстеру.Хотя действующие правила
сняли установленное законом ограничение на заземление системы более чем на одном
точка, требование, чтобы система подачи не создавала помех
на телекоммуникационное оборудование распространяются более общие положения
Директива Европейского Союза об электромагнитной совместимости, которая помещает
ответственность за то, чтобы все пользователи электрического оборудования не вызывали
электромагнитная интерференция. Как это достигается — ответственность
пользователя оборудования, и могут быть веские технические причины для желания
иметь более одного заземления в системе.В этой ситуации пользователь может
выбрать защиту от создания помех за счет использования третьей гармоники
подавитель, то есть устройство, обычно реактор, в одном из нейтральных соединений,
который имеет минимальный импеданс для токов 50 или 60 Гц, но гораздо более высокий импеданс
до высших гармоник.

Сплошное заземление нейтральных точек трансформатора в зависимости от полного сопротивления

Как указано выше, для высоковольтных систем Правила не конкретизируют
как должно проводиться заземление системы.С практической точки зрения
однако, если требуется использовать неоднородную изоляцию, необходимо
чтобы гарантировать, что напряжение нейтрали остается на минимально возможном уровне.
уровень для всех условий неисправности, то есть требуется надежное заземление.
Экономическая выгода от неоднородной изоляции проявляется при 132 кВ и
выше, и поэтому стандартной практикой во всей Великобритании является прочное обоснование
системы 132 кВ и выше. Таким образом, доступна опция импедансного заземления.
без каких-либо экономических потерь в отношении изоляции трансформатора
для всех остальных систем, относящихся к высоковольтным системам.На практике это означает
системы от 66 кВ до 3,3 кВ включительно.

Следующее решение, которое необходимо принять, — будет ли полезно заземление по сопротивлению.
если используется для этих систем, и если да, то какие критерии следует использовать для принятия решения
значение и тип импеданса. Отвечая на этот вопрос, необходимо
рассмотреть, почему может быть желательно импедансное заземление, и причину
это то, что он ограничивает ток, который будет течь в случае заземления
вина.

Таким образом, ущерб, нанесенный в месте неисправности, значительно снижается.Применение
одна только эта логика приведет к выбору высокого значения импеданса,
но проблема в том, что некоторые замыкания на землю сами по себе могут иметь
сопротивление, и в этой ситуации может возникнуть проблема, что защита
будет медленно обнаруживать их существование. Обычно выбирается уровень импеданса
таков, что приводит к протеканию линейного тока полной нагрузки системы для твердого тела,
то есть нулевое сопротивление, замыкание на землю. На этой основе трансформатор 60 МВА, обеспечивающий
при подаче 33 кВ в точку основного электроснабжения нейтраль 33 кВ должна быть заземлена.
со значением импеданса для ограничения тока замыкания на землю до

60 000 000 3 33 000 1050

_

_ А.

Согласно практике электроэнергетической отрасли Великобритании
ограничение на значение тока замыкания на землю, так что для трансформатора 30 МВА, 33 кВ
импеданс питания должен быть таким, чтобы позволить ток короткого замыкания 750 А, а не
чем 525 A. [1] Другие компании-поставщики могут пожелать стандартизировать, скажем, 1000
А как удобная круглая фигура.

[1. Исключением из этого правила были генерирующие станции CEGB с середины 1970-х годов.
при котором ток замыкания на землю генератора был ограничен до очень низкого значения
около 10 А.]

Заземление трансформаторов, соединенных треугольником

В приведенном выше примере вполне вероятно, что трансформатор, обеспечивающий 33 кВ
основная часть сети будет подключена к напряжению 132 кВ, что, чтобы воспользоваться
при использовании неоднородной изоляции, звезда обмотки ВН будет подключена
с заземленной нейтралью. Таким образом, обмотка 33 кВ, вероятно, будет
соединены по схеме треугольника и, следовательно, не будут обеспечивать нейтральную точку системы 33 кВ
для подключения к земле.Следовательно, нейтральная точка должна быть создана искусственно.
за счет использования вспомогательного оборудования, специально разработанного для этой цели.

Обычно он представляет собой заземляющий трансформатор, соединенный звездой и нейтралью.
хотя в очень редких случаях может использоваться трансформатор звезда-треугольник.

РИС. 5 Трансформатор заземления нейтрали со связью звездой

РИС. 6 Трехфазный заземляющий трансформатор звезда / треугольник

Две схемы схематично показаны на рис. 6.5 и 6.6. Взаимосвязанные
соединение звездой описано в разделе 2. По сути, это автотрансформатор один к одному.
с обмотками, расположенными так, чтобы, в то время как напряжения от каждой линии к земле
поддерживаются в нормальных условиях эксплуатации, предлагается минимальное сопротивление
к потоку однофазного тока короткого замыкания, например, вызванного заземлением
неисправность в одной линии системы с заземленной нейтралью. При нормальной работе
условия токи, протекающие через обмотки, являются токами намагничивания
заземляющего трансформатора, но обмотки рассчитаны на
максимально возможный ток короткого замыкания, которому они могут подвергаться, обычно для
период 30 секунд.Аппарат построен именно в виде трехфазного сердечника.
трансформатор типа, и погруженный в масло.

В то время как соединенный между собой трансформатор заземления звезды является наиболее часто используемым типом
используется для создания искусственной нейтральной точки, может быть принята альтернатива
в виде обычного трехфазного трансформатора с сердечником, соединенного звездой
первичные обмотки, нейтраль которых заземлена, а концы линий подключены
к трехфазным линиям, а вторичные обмотки подключены в замкнутом
дельта, но в остальном изолированы.Обычно ток, потребляемый трансформатором
только ток намагничивания, но в условиях неисправности замкнутый треугольник
обмотки распределяют токи короткого замыкания во всех трех фазах первичной обмотки.
сторона трансформатора, а также баланс ампер-витков первичной и вторичной обмоток
друг друга, устройство обеспечивает низкое сопротивление потоку тока. Трансформатор
рассчитан на той же основе, что и для заземления соединенной звездой
трансформатор, и он построен точно так же, как обычный силовой трансформатор.

Для ограничения тока короткого замыкания можно использовать резисторы вместе
с любым из вышеуказанных типов заземляющего трансформатора, и они могут быть вставлены
между нейтралью и землей или между выводами заземления
трансформатор и линии. В первом случае требуется один резистор, но
он должен быть спроектирован так, чтобы пропускать полный ток короткого замыкания, при этом он должен быть изолирован
для напряжения, равного фазному напряжению системы. С другой стороны,
нейтральная точка обмоток заземляющего трансформатора поднимется до напряжения
над землей в условиях короткого замыкания, равном падению напряжения на заземлении
резистор, а обмотки трансформатора необходимо будет полностью изолировать.
линейное напряжение над землей.

Хотя в любом случае эта последняя процедура может быть принята, она нежелательна.
подвергать обмотки заземляющего трансформатора резким скачкам напряжения
выше, чем можно избежать, поскольку изолированные обмотки наиболее уязвимы.
часть оборудования. Если резисторы подходящего размера размещены между
клеммы заземляющего трансформатора и линии вместо
нейтраль и земля, точно такая же цель используется, поскольку ток короткого замыкания
ограничение касается, в то время как нейтральная точка заземляющего трансформатора
всегда остается под потенциалом земли, и обмотки не подвергаются никаким
высокое напряжение.

С другой стороны, изоляторы теперь должны быть изолированы для полного линейного напряжения,
но это относительно простая и дешевая процедура. Для того же тока короткого замыкания
и падение напряжения на резисторах омическое сопротивление каждого из размещенных
между клеммами заземляющего трансформатора и линиями в 3 раза больше омического
значение одиночного резистора, подключенного между нейтралью и землей,
но номинальный ток каждого резистора в линии составляет одну треть от текущего
номинал резистора в нейтрали, так как в условиях неисправности три резистора
в линиях работают параллельно, чтобы обеспечить желаемую защиту.

Значение полного сопротивления заземления

Для любой из схем, описанных выше, величина необходимого резистора
можно определить простым применением закона Ома:

Аппарат заземления нейтрали

Наиболее распространенным устройством, используемым для подключения нейтрали ВН, является жидкость.
резистор заземления нейтрали или LNER. Это относительно недорогие, прочные
и может быть легко сконструирован так, чтобы выдерживать токи замыкания на землю порядка
до 1500 А.Как правило, они рассчитаны на то, чтобы выдерживать ток короткого замыкания до
до 30 секунд. Омическое сопротивление резистора зависит от системы.
напряжение на землю и допустимый ток короткого замыкания. Незначительный недостаток
жидких резисторов заключается в том, что они требуют обслуживания в виде обеспечения
что электролит доливается и имеет правильную концентрацию, что может
представляют несколько повышенную нагрузку в жарком и умеренном климате
им требуются обогреватели, чтобы зимой не замерзать. По этой причине металлический
резисторы иногда предпочтительнее. Они могут иметь форму прессованных сеток.
или намотанные модули из нержавеющей стали, которые могут быть соединены с соответствующими
номера, включенные последовательно и параллельно, для обеспечения необходимого напряжения и тока
рейтинг. Они обладают высокой надежностью и прочностью, их единственный недостаток.
стоимость.

Альтернативой резистивному заземлению является использование дугогасящей катушки.
Катушка для гашения дуги была впервые изобретена В. Петерсеном в 1916 году и, следовательно, является
обычно известная как катушка Петерсена.Использование дугогасящей катушки позволяет
энергосистема, чтобы извлечь выгоду из преимущества, обычно связанного с незаземленными
системы, не страдая от их недостатков. По сути, это реактор, подключенный
между нейтралью питающего трансформатора и землей. Реактивное сопротивление
катушка настроена в соответствии с емкостью защищаемой ею энергосистемы.

Как указано выше, большинство неисправностей в сети высокого напряжения — это замыкания на землю.
и большинство из них связаны с однофазным контактом с землей, имеющим дуговую природу.При установленной дугогасящей катушке прерывистые неисправности устраняются автоматически.
Это связано с резонансом, установленным между емкостями системы
и индуктивность дугогасящей катушки, что приводит к уравновешиванию
ведущая и запаздывающая составляющие тока в точке повреждения. Любой
небольшой остаточный ток заземления, достаточный для поддержания дуги, существенно
в фазе с напряжением неисправного проводника, а так как оба проходят через
ноль в тот же момент, дуга гаснет.Резонанс задерживает
нарастание восстанавливающегося напряжения после гашения дуги, которое позволяет диэлектрику
прочность изоляции в месте повреждения для восстановления и предотвращения
повторное зажигание дуги. ИНЖИР. 7 представлена ​​типичная осциллограмма восстановительного напряжения.
возраст после погасания дуги в такой установке.

РИС. 7 Восстанавливающее напряжение после первоначального гашения дуги

РИС. 8 Напряжения и токи в точке замыкания на землю Петерсена.
система с заземлением катушки.

В случае длительного замыкания фазы на землю катушка гашения дуги
позволяет энергосистеме работать в аварийном состоянии до тех пор, пока не произойдет сбой.
могут быть обнаружены и удалены. Остаточный ток короткого замыкания обычно порядка
5-10 процентов от общего емкостного тока короткого замыкания. Соотношение фазора
между напряжениями на трехфазных проводниках и токами через
неисправность и катушка гашения дуги показаны на фиг. 8. В настоящее время твердотельные
устройства управления могут использоваться вместе с дугогасящими катушками, которые,
в сочетании с автоматическим переключением ответвлений на дугогасящей катушке
во время повреждения обеспечить оптимальную компенсацию.Эта техника
особенно полезен для систем с несколькими фидерами, где замыкание на землю
на одном фидере приводит к разной величине тока короткого замыкания на землю
неисправен другой фидер.

Уровень изоляции всех установок и аппаратов в системе, на которой
Установленные дугогасящие катушки должны быть достаточными для работы в течение
период с одной заземленной линией, и обычно его установка неэкономична
их в системах, работающих выше 66 кВ. До этого напряжения стандартная изоляция
уровень без градации, вероятно, будет использоваться для всех трансформаторов.это
рекомендуется рассмотреть возможность использования более высокого уровня изоляции при эксплуатации
системы с одной заземленной линией, вероятно, проработает более 8 часов в любом
24 или более 125 часов в год.

Выбор, продолжать ли работу при устойчивой неисправности на
сеть лежит у оператора. Хотя было показано, что гашение дуги
катушки позволяют это, необходимо учитывать другие факторы, наиболее важным из которых является
безопасность персонала. Например, неисправность могла быть вызвана поломкой
линейный проводник, который явно может представлять опасность.Если утилита
решите не работать с устойчивыми неисправностями, неисправный участок должен быть изолирован
как только будет обнаружена устойчивая неисправность. Раньше это была обычная практика
закоротить дугогасящую катушку по истечении заданного времени, чтобы обеспечить защиту
реле для работы. Когда катушка закорочена, значительный выброс
может возникнуть ток короткого замыкания, что приведет к падению напряжения. Теперь, используя современные
устройств защиты, можно оставить дугогасящую катушку в рабочем состоянии.Изоляция поврежденного участка может быть проведена, например, с помощью допуска.
чувствительные реле, которые могут определять изменения допустимых сопротивлений линий,
вместо традиционно используемых реле максимального тока.

Заземление

При решении вопроса заземления нейтральной точки важно
уделить особое внимание самому заземлению, то есть
электрод закапывают в землю с целью получения прочного заземления.Если система заземления не будет тщательно установлена ​​и обслуживаться, то серьезное
опасность может возникнуть в условиях неисправности из-за прикосновения и ступенчатого потенциала (см.
ниже).

Для получения прямого заземления медных или чугунных пластин, железных труб,
Могут использоваться ведомые медные стержни, медные полосы или полосы из гальванизированного железа.
Не всегда понимают, что получить сопротивление очень сложно.
значения менее 2 Ом от одной заземляющей пластины, и часто это
еще труднее поддерживать значение после того, как система заземления была
установлен на некоторое время.

В связи с этим обычно устанавливают несколько плит заземления, труб и т. Д.,
параллельно, так что общее сопротивление установки уменьшается
до достаточно низкого значения 1 Ом или меньше. Где параллельное расположение
используемые, каждая пластина, стержень и т. д. должны быть установлены за пределами сопротивления
площадь любой другой. Строго говоря, для этого требуется расстояние порядка 10 м.
которое, однако, часто можно уменьшить без увеличения общего сопротивления
более чем на несколько процентов.

Основные моменты, которые необходимо учитывать при установке заземляющего оборудования.
таковы, что он должен иметь достаточную общую площадь поперечного сечения, чтобы выдерживать
максимальный ток короткого замыкания, и он должен иметь очень низкое сопротивление, чтобы сохранять
до безопасного значения градиент потенциала в земле, окружающей плиты,
и т. д., в условиях неисправности. Поскольку наибольшее сопротивление системы заземления
существует в непосредственной близости от пластин и т. д., градиент потенциала
в земле в условиях короткого замыкания естественно расположен аналогично, а в
для того, чтобы оно сохранялось на таком уровне, чтобы не подвергать опасности жизнь,
плотность тока в заземлении следует поддерживать на низком уровне либо
за счет использования ряда пластин, труб и т. д., параллельно или закапывая
на значительную глубину, сделав соединение с ними посредством изолированного
кабель. Первый вариант лучше всего использовать там, где есть
являются средствами для получения веских оснований, но в тех случаях, когда из-за
характер почвы, было трудно получить хорошую почву,
штанги погружены на глубину 10 м и более. Максимальная плотность тока
вокруг электрода, как правило, сводится к минимуму, если его размеры указаны в одном
направление больше по сравнению с двумя другими, как в случае с
труба, пруток или полоса.2. Если требуется заземление с большей проводимостью,
предпочтительно использовать две или более таких пластин параллельно. Наземные трубы могут
быть из чугуна диаметром до 100 мм, толщиной 12 мм и длиной 2,5-3 м, и они
должны быть закопаны аналогично заземляющим пластинам. Как вариант, в малых
установки, в некоторых случаях используются забивные трубы из низкоуглеродистой стали диаметром 30-50 мм.
заняты.

Там, где применяется техника забивки, чаще используются медные стержни.
Они состоят из меди диаметром 12-20 мм, разделенных на секции 1-1.5 м, с привинченными
стяжки и приводной наконечник. Штанги с глубоким приводом эффективны там, где почва
удельное сопротивление уменьшается с глубиной, но, как правило, группа более коротких стержней расположена
параллельно предпочтительнее.

В случаях, когда грунт с высоким удельным сопротивлением (или непроницаемый пласт) лежит в основе
неглубокий поверхностный слой низкоомного грунта заземляющая установка может
изготавливаться из нелуженной медной ленты сечением не менее 20 на 3 мм или
голого многожильного медного проводника.

Если можно использовать участок с естественной влажностью и плохим дренажем, он
вероятно, покажет низкое удельное сопротивление почвы.Участок, увлажняемый проточной водой
однако этого следует избегать. Электропроводность участка можно улучшить за счет
химическая обработка почвы, но следует проверить, что будет
не оказывает вредного воздействия на электродный материал. Чтобы обеспечить максимальную проводимость,
заземляющие электроды должны плотно прилегать к земле.

Очень важно, чтобы соединения от нейтрали или вспомогательного аппарата
к самой наземной установке должна быть большая площадь поперечного сечения,
чтобы имелся достаточный запас по максимальному току короткого замыкания, и чтобы
на их длине не происходит аномального падения напряжения; подключения к заземлению
структура, имеющая достаточный контакт с поверхностью.

Заземление низковольтных сетей

Как указано во введении к этому разделу, низковольтные системы
определяется в Великобритании как выше 50 В, но ниже 1000 В, и это в основном предназначено
охватить все промышленные трехфазные системы, работающие от 400 В, и бытовые
однофазные системы 230 В с питанием от одной фазы и нейтрали 400 В
сеть. Хотя недавняя разработка автоматического выключателя утечки на землю
привел к некоторым изменениям в философии безопасности, эти системы все еще
в основном защищен предохранителями, и для обеспечения максимальной защиты персонала
обеспечивая быстрое срабатывание предохранителей и отключение неисправного оборудования,
системы спроектированы так, чтобы иметь минимально возможное сопротивление контура заземления.

Это означает, что необходимо обеспечить надежное заземление нейтрали.

Принципиальная важность надежного заземления подчеркивается
его воплощение в Положениях о поставках 1988 г., а также преимущества
система защитного многократного заземления для достижения низкого
полное сопротивление контура заземления в областях, где в противном случае это было бы невозможно.
подтверждается включением пункта, определяющего, как это должно осуществляться
вне.

Требование надежного заземления нейтрали низкого напряжения также направлено на обеспечение
что вероятность наличия любого напряжения выше нормального, появляющегося в
цепь низкого напряжения сведена к минимуму, поскольку в случае пробоя изоляции
между обмотками ВН и НН понижающего трансформатора результирующая земля
неисправность высоковольтной системы должна обеспечивать быстрое срабатывание заземления высоковольтной системы.
защита от неисправностей.Исключение составляют случаи, когда сторона ВН трансформатора подключена.
на землю через дугогасящую катушку постоянного номинала. В этом случае
точка замыкания между обмотками остается близкой к определенному потенциалу
по расположению в обмотке НН, то есть напряжения в системе НН изменяются.
очень мало из тех, что происходят в здоровых условиях, а распространение
напряжения на стороне ВН регулируется соответствующим образом. На практике поломка
между обмотками ВН и НН любого трансформатора, подключенного к системе ВН.
такое маловероятное событие, которое следует не учитывать при проведении любого
оценка риска.

Конструкция системы заземления

В начале этого раздела было высказано мнение, что тема нейтрального
заземление было сложным, так что, очевидно, конструкция систем заземления
это не та тема, которую нужно освещать в нескольких абзацах учебника, посвященных
трансформаторы. Однако необходимо сказать немного о предмете
дизайн системы заземления, по крайней мере, чтобы объяснить философию, которая изменилась
кое-что в последние годы и, в частности, с более ранних выпусков этого
работы были написаны.Самым значительным изменением является то, что теперь система заземления
должен быть спроектирован так, чтобы во время короткого замыкания в непосредственной близости от него находились потенциалы.
ниже соответствующих пределов. Ранее было принято проектировать
система заземления для достижения определенного значения импеданса.

Когда происходит замыкание на землю и ток течет на землю через заземляющий электрод,
или система электродов, потенциал на электродах или любом подключенном оборудовании
к ним поднимется выше истинного потенциала земли.Этот потенциальный рост может быть особенно
существенное, порядка нескольких тысяч вольт в случае больших подстанций
подвергается серьезным неисправностям. Цель поиска удовлетворительного
Конструкция системы заземления призвана обеспечить «безопасность персонала», избегая
создание опасного прикосновения, шага или передаваемых потенциалов, одновременно признавая
что рост потенциала земли в условиях серьезного повреждения неизбежно должен
существует.

Философия станет более ясной после определения приведенных выше терминов.

Интерпретация определений будет пояснена со ссылкой на фиг. 9.

РИС. 9 Различия в потенциале земли.

Когда повышение потенциала заземляющего электрода происходит из-за неисправности, это
образует градиент потенциала в окружающей почве. Для одиночного электрода
градиент потенциала будет таким, как показано на рисунке. Человек в непосредственной близости
этого электрода может подвергаться трем различным типам опасности в качестве
результат этого потенциального градиента:

• Ступенчатый потенциал: цифра «а» на рисунке иллюстрирует «ступенчатый потенциал».’ Здесь
разность потенциалов V1, видимая телом, ограничена значением между
две точки на земле, разделенные расстоянием в один шаг. Поскольку потенциал
градиент в земле наибольший в непосредственной близости от области электродов,
из этого следует, что максимальный потенциал ступени в условиях замыкания на землю будет
быть испытанным человеком, у которого одна нога находится в зоне максимального подъема и
один фут, один шаг к истинной земле.

• Сенсорный потенциал: человек «b» на рисунке иллюстрирует «сенсорный потенциал».’
Здесь разность потенциалов V2, видимая телом, является результатом взаимного
контакт ног. Опять же, самый высокий потенциал возникнет, если будет металл.
строение на краю области с наибольшим потенциалом, и человек стоял один
отошел и коснулся металла. Риск от такого контакта выше
чем для ступенчатого потенциала, потому что напряжение прикладывается к телу и
может повлиять на сердечные мышцы.

• Переданный потенциал: расстояние между областью с высоким потенциалом и
истинной земли может быть достаточно, чтобы сформировать физическое разделение.
человек в зоне с высоким потенциалом, невосприимчивый к возможности одновременного
контакт с нулевым потенциалом.Однако металлический предмет, имеющий достаточную длину,
например, забор, оболочка кабеля или жила кабеля могут быть расположены таким образом, чтобы
преодолел бы это физическое разделение. Таким образом, нулевой потенциал земли
могут быть перенесены в зону с высоким потенциалом или наоборот. Человек «c» в
ИНЖИР. 9 иллюстрирует случай передачи высокого потенциала в
область нулевого потенциала через амортизатор кабеля. Если любовь привязана к земле
на подстанции, то есть в месте повреждения, напряжение V3 будет полным
‘повышение потенциала земли подстанции.’В случае проиллюстрированного человека
в точке ‘c’ — одновременный контакт с оболочкой кабеля и
истинная земля. Однако, если человек стоит на настоящей земле, тогда напряжение
V3, видимый телом, может быть касанием рук к обеим ногам. Человек ‘d’ представляет
случай передачи нулевого потенциала в область с высоким потенциалом через
жила кабеля, заземленная в удаленной точке. В этом случае напряжение
V4 ниже, чем V3, что соответствует повышению потенциала земли на подстанции,
потому что человек ‘d’ находится на некотором расстоянии от основного заземляющего электрода
и, следовательно, выигрывает от градиента потенциала земли.Понятно, что если человек
Если бы ‘d’ был на основном электроде или прикоснулся к нему, он бы испытал
полное повышение потенциала земли V3.

Из вышеизложенного будет очевидно, что переданные потенциалы могут представлять
наибольший риск, так как ударное напряжение может равняться полному нарастанию
потенциал земли, а не его часть, как в случае ступенчатого или касательного
потенциалы.

Исторически ограничения на передаточный потенциал были установлены на уровне 650 и 430 В.
в Великобритании, в зависимости от типа установки, сверх которых особые меры предосторожности
необходимы.Более высокое значение обычно используется для обеспечения высокой надежности.
системы, имеющие скоростную защиту. Срок оформления не ограничен.
для этих систем, но общепринято, что они очистятся в 0.2
секунд. Нижнее значение для систем, защищенных максимальной токовой защитой,
и хотя опять же не указано предельное время клиренса, время 0,46
обычно предполагается секунды.

Если система заземляющих электродов не может быть спроектирована в соответствии с вышеуказанным
критериев, то тип специальных мер предосторожности, которые могут быть рассмотрены
защита от передаваемых потенциалов — это обеспечение локальной связи с
убедитесь, что все металлоконструкции, к которым может быть осуществлен одновременный контакт, находятся на
такой же потенциал.Также можно подумать об ограничении телефонных разговоров.
и диспетчерское управление и сбор данных (SCADA) с удаленными
места для тех, кто использует оптоволоконные кабели. Охранные кольца похоронены при увеличении
глубины вокруг электрода можно использовать для изменения потенциала поверхности земли
для защиты от ступенчатых потенциалов.

Для тех, кто задумывается о проектировании системы заземления, существует ряд стандартов.
и своды правил доступны. В Великобритании наиболее важные из них
являются:

• BS 7354: 1990 ‘Правила проектирования высоковольтных открытых клемм
станции.’

• BS 7430: 1998 «Правила заземления».

• BS 7671: 2001 «Требования к электроустановкам. Правила подключения IEE.
Шестнадцатое издание ».

• Техническая рекомендация EA S34: 1986 ‘Руководство по оценке роста
потенциала земли на подстанциях ».

• Техническая спецификация EA 41-24: 1994 ‘Рекомендации по проектированию, испытаниям
и обслуживание основных систем заземления на подстанциях ». Книга ‘Заземление
Практика », опубликованная Ассоциацией производителей меди, также содержит
много полезной информации.

Liebert Web: Изолированное заземление

Liebert Web: Изолированное заземление
Энергетические системы

Изолированное заземление Liebert
Корпорация

(Traducción en Español)

РЕЗЮМЕ

Изолированное заземление (IG) — это метод, часто используемый с
чувствительное электронное оборудование для уменьшения синфазного шума. IG изолирует
заземление чувствительного нагрузочного оборудования от кабелепровода и кабелепровода
система заземления и контролирует подключение к системе заземления питания.Таким образом, потенциал земли смещается из-за паразитных токов заземления, протекающих в
система кабелепроводов исключена, а кабельные каналы и кабелепроводы обеспечивают электромагнитные / радиопомехи.
экранирование. Иногда ИГ неправильно интерпретируют как отдельный «изолированный»
заземление для чувствительной нагрузки и конфигурации, основанные на этой интерпретации
обычно небезопасны и противоречат требованиям Национального электротехнического кодекса.
Если токи, наведенные в изолированном заземлении нагрузочного оборудования, могут
поток через кабели данных, связи и управления, проводка IG может фактически
вносят вклад в индуктивно связанный синфазный шум при применении в цепях
которые имеют соединенное между собой нагрузочное оборудование.

Синфазный шум — это любой общий нежелательный сигнал.
ко всем проводам цепи одновременно по отношению к земле. Разница
в потенциале между нейтралью и землей — одна из форм синфазного шума.
Еще одна более неприятная форма — это различие потенциалов заземления на всех участках.
электрическая система. Кроме того, подавление перенапряжения, проводка, экранирование,
и заземление электрической системы здания (включая систему управления,
данные и коммуникационные кабели) могут оказывать заметное влияние на уровни
синфазных сигналов, которым подвержена чувствительная электроника.

Потому что потенциалы заземления оборудования (или их изменения)
было замечено, что они влияют на работу определенных электронных устройств,
часто существуют специальные и специальные инструкции по заземлению. Большая инструкция
основаны на эмпирической проверке, а не на строгом анализе, и основные
принципы электричества иногда игнорируются. Имейте в виду, что
основная цель заземления — безопасность персонала, а не снижение
шум. Эти две цели могут быть взаимоисключающими.Если это так, безопасность
должен преобладать.

Один метод заземления, используемый в энергосистемах переменного тока низкого напряжения
Для уменьшения синфазных помех используется изолированное заземление (IG). IG разрешен в
США Национальным электротехническим кодексом (NEC) ³
а в Канаде — Канадским электротехническим кодексом (CEC). ⁴
В обоих случаях IG является исключением из стандартных требований к заземлению.
NEC 250-74 и 250-75 допускают IG только «там, где это необходимо для уменьшения
электрический шум.»

Что такое изоляция?

Изоляция заземления относится к изолированному (действительно
изолированный) путь заземления от компьютера обратно к заземлению питания
точка. Это , а не отдельная «чистая» система заземления для компьютера,
изолирован от «грязного» хозяйственного грунта. Может быть только одно основание.
Создание второго, отдельного заземления — это не только опасность, но и кодекс.
нарушение, оно может вызвать больше проблем с шумом, чем решить.

Концепцию IG можно увидеть, сравнив стандартную розетку
к розетке IG, как показано на рисунке 1. В розетке IG розетка
клеммы заземления электрически изолированы от металлической розеточной коробки
а также металлические каналы и дорожки качения. Таким образом, имеется два изолированных заземления.
пути обратно к заземлению единой энергосистемы. Розетки IG часто бывают
окрашены в оранжевый цвет или отмечены оранжевым треугольником.

Как минимум полагается на кабелепровод или дорожку качения.
заземлить розетку.Когда неметаллические трубы и самые гибкие
кабелепроводы (которые не обеспечивают эффективного заземления) используются с
Розетка IG, для NEC требуется отдельный заземляющий провод.
розетку.

Основными причинами заземления систем питания переменного тока являются:
ограничить напряжение в цепи, стабилизировать напряжение цепи относительно земли и
облегчить работу устройства защиты от перегрузки по току (OPD) в
в случае замыкания на землю. Для надежно заземленного источника переменного тока низкого напряжения
систем, NEC-250-51 требует, чтобы все металлические корпуса
электрические системы должны быть эффективно заземлены, чтобы свести к минимуму электрические
потенциал удара и облегчить работу OPD для очистки земли
вина.NEC определяет эффективное заземление как имеющий путь заземления, который
(1) постоянно и непрерывно, (2) имеет достаточную допустимую нагрузку по току
для обработки потенциального тока замыкания на землю, и (3) имеет достаточно низкий
полное сопротивление, чтобы позволить OPD быстро устранить неисправность. Эти
требования требуют, чтобы заземляющий провод оборудования был постоянно
подключить все металлические корпуса электросистемы и любые другие
токопроводящие части, которые могут оказаться под напряжением.Чтобы облегчить
работа OPD для устранения замыкания на землю, заземляющих проводов оборудования
должен быть подключен к точке заземления энергосистемы.

Заземляющий тракт

С обычными розетками заземление оборудования
провод находится параллельно пути заземления кабелепровода. Хотя земля
сопротивление тракта улучшено, на заземлении кабелепровода могут возникать помехи. С участием
изолированные розетки заземления, тракт заземления оборудования отделен от
кабелепровод, чтобы избежать помех от заземления компьютера.

Рисунок 2 представляет собой пример типичного источника переменного тока низкого напряжения.
система с использованием стандартных розеток. Сравните это с рисунком 3, типичный
система с использованием розеток IG, как это разрешено NEC. Клемма заземления
розетки на Рисунке 3 не подсоединен к заземлению кабелепровода.
система на розетке. Вместо этого к розетке подключается провод IG.
клемма заземления и проложена вместе с силовыми проводниками, проходящими через
один или несколько щитовых щитов, оставшихся изолированными от металлического канала и
система заземления корпуса до момента его завершения на заземлении энергосистемы
точка на служебном входе.

Изолированный заземляющий провод от нагрузочного оборудования
должны быть проложены через кабелепровод. Экспериментальные данные5 указывают на
существенно более низкий импеданс заземляющего проводника в кабелепроводе, поскольку
в отличие от одного, выведенного за пределы канала.

Если короткое замыкание на землю произошло на нагрузочном оборудовании
системы с обычным заземлением или с заземлением IG, рисунки
4 и 5, обе схемы обеспечивают эффективный путь заземления.

Нагрузочное оборудование с жестким монтажом

Еще одна форма проводки IG разрешена в NEC 250-75 (также
по исключению). Он предназначен для оборудования нагрузки с жестким монтажом, как показано на рисунке 6.
Поскольку нет розетки IG, непроводящего изолятора или кабелепровода
фитинг вставляется там, где кабелепровод или дорожка качения оканчиваются на нагрузке
корпус оборудования.

Недавно NEC добавила исключение для проводных
оборудования, но его эффективность и безопасность все еще под вопросом.Изолировать
заземление грузового оборудования, металлический каркас грузового оборудования
должен быть изолирован от его заземленного окружения, возможно, здание
сам. Есть опасения, что это может привести к поражению электрическим током или боковому удару.
вспышки между заземленной средой и нагрузочным оборудованием
корпус при протекании больших токов заземления, например, при ударах молнии.

IG для отдельно производного источника

Блочные распределительные центры с отдельно выведенными
источники (определенные в NEC / NFPA 70-1993) обычно обеспечивают наилучшее заземление
для компьютерных систем.Обычно они находятся в компьютерном зале, что сводит к минимуму
длина проводки к нагрузочному оборудованию. Длинные участки проводки IG
между нагрузочным оборудованием и точкой заземления может вызвать общий режим
проблемы с шумом из-за высокочастотного импеданса и резонанса.

На рисунке 7 показано подключение розетки IG с отдельным
производный источник. Когда изолированные розетки заземления используются с отдельно
производные источники, изолированная система заземления оканчивается на отдельно стоящих
производный источник, а не на служебном входе.

Неправильная и небезопасная проводка IG

На рисунке 8 показана неправильная и небезопасная интерпретация.
разводки IG. Такой подход — очевидная попытка изолировать нагрузку.
заземление оборудования от «грязного» заземления. Иногда экстраординарный
прилагаются усилия, чтобы обеспечить хорошее соединение с землей в надежде обеспечить
«тихая земля» для чувствительной электроники.

Этот подход не обеспечивает эффективного заземления.
в соответствии с требованиями NEC.Учитывайте возможность замыкания на землю в
Загрузите оборудование, как показано на Рисунке 9.

Нет эффективного пути заземления между изолированными
заземления и заземляющего электрода источника питания (служебного входа). В
путь заземления между двумя заземляющими электродами может быть или не быть постоянным,
непрерывно или с большой допустимой нагрузкой по току. Более того, маловероятно
заземленный путь имеет достаточно низкий импеданс, чтобы OPD мог очистить
замыкание на землю быстро и безопасно.Импеданс соединений заземляющих электродов
к земле измеряется в омах, в то время как требуемый импеданс пути замыкания на землю
должен быть в миллиомном диапазоне.

Поскольку изолированное заземление считается бесшумным, а
заземление энергосистемы считается грязным, есть предполагаемая разница
в потенциале между изолированной землей и землей источника питания. Любой
такие различия будут проявляться как синфазное (N-G) напряжение
на погрузочном оборудовании.

Итак, в то время как первоначальное намерение изолированной земли было
Чтобы предотвратить электрические помехи, результатом неправильного подключения IG является
фактически увеличение синфазных шумовых потенциалов.Значительная земля
разность потенциалов может возникнуть при больших токах заземления
течет, например, при замыкании на землю, при ударе молнии или даже при электрическом
заряженные грозовые тучи движутся над землей. Обычный результат неправильного
Изолированная проводка IG во время этих событий приводит к повреждению подключенной нагрузки
оборудование.

Нагрузочное оборудование, обслуживаемое неправильной проводкой IG, может работать
обычно, за исключением особых условий, например, при замыкании на землю
или гроза.

Преимущества IG Wiring

Очевидно, что кабелепроводы и кабельные каналы обеспечивают экранирование EMI ​​/ RFI
содержащихся в них проводников питания и IG. Более практичный
преимущество, хотя проводка xxxxx IG сводит к минимуму паразитные токи заземления (см. рис.
10).

Блуждающие токи заземления, протекающие по системе заземления
вызывают изменения потенциалов земли во всей системе заземления.Блуждающие токи заземления — это реальность практически для любой энергосистемы и
существуют в различных условиях, большинство из которых являются динамическими. Они могут
быть результатом электростатического разряда на корпуса, замыкания на землю
токи, или даже скачок емкостного тока заземления, когда
нагрузка находится под напряжением.

Как показано на Рисунке 10, любой паразитный ток заземления вызовет
потенциал земли щитового шкафа возрастает относительно
заземление на служебном входе.Со стандартным заземлением
конфигурация, компьютерные системы оборудование заземления опорный относительный
к заземлению также поднимется, потому что клемма заземления на щитке
подключается к корпусу и изменяется в зависимости от потенциала заземления корпуса.
изменения.

В схеме IG, показанной на Рисунке 11, заземление
для грузового оборудования изолирован от металлического канала и корпуса
наземная система. Блуждающие токи заземления протекают по кабелепроводу и корпусу
системы, и изменения потенциала земли ограничены кабелепроводом и корпусом
наземная система.В проводке IG нет паразитных токов, поэтому земля
Ссылка на загрузочное оборудование не затронута.

Недостатки техники подключения IG

Есть возможность наведенного тока по
IG-проводник и кабельная разводка во взаимосвязанных системах.

В большинстве электрических кабелепроводов или кабельных каналов, несколько отдельных
вместо заводского кабеля используются жилы (см. рисунок 12).Таким образом,
положение IG-проводника относительно силовых проводов произвольно.
Если заземляющий провод не находится на равном расстоянии между силовыми проводниками,
магнитные поля, связанные с токами, протекающими в силовых проводниках
не будет сбалансирован в заземляющем проводе. Чистое магнитное поле переменного тока
будет наводить ток в заземляющий провод, если он является частью полного
путь, по которому может течь ток (контур заземления).

Цепи

IG, по-видимому, исключают проблему индуцированного
заземляющие токи, потому что
Провод IG, заземленный только на
один конец, не образует полной петли, по которой может течь ток — если только
есть взаимосвязанные системы, связанные данными, связью или контролем
кабели между отдельными блоками нагрузки, как показано на рисунке 13.

Кабели, соединяющие нагрузочное оборудование, могут завершить цикл для
индуцированные токи в проводнике ВГ. И потому что индуцированные токи
вынуждены течь по соединительным кабелям, повышается вероятность
опрокидывания или повреждения чувствительной нагрузки. Наведенные токи в кабелях
может быть особенно проблематичным, если сигналы, проходящие по кабелям
могут быть нарушены частотами энергосистемы, т.е.е., 60 Гц и гармоники
60 Гц. Аудио и видео оборудование и аналоговые сигнальные процессоры особенно
чувствителен к частотам энергосистемы.

Наведенные токи в соединительных кабелях привели к
Широко распространена практика заземления экрана кабеля только на одном конце.
Хотя такая практика может разорвать петлю, она допускает возможность
повреждающее или опасное напряжение, возникающее в системе, особенно во время
замыкание на землю, молния или другие скачки напряжения.

Обычно стандартные методы заземления вызывают меньше проблем
с наведенными токами заземления. Это связано с тем, что индуцированные токи заземления имеют тенденцию
течь без практических последствий в петлях, образованных заземляющим проводом
и систему кабелепровода, минуя петли с более высоким импедансом, которые включают
соединительные кабели.

Иногда непреднамеренно используются методы подключения IG
при прерывании пути заземления кабелепровода или кабелепровода. Частая причина
использование неметаллических корпусов в агрессивных средах.Другой
представляет собой прямое заглубление неметаллического кабелепровода в землю или бетон.
В результате могут возникать наведенные токи в соединенных между собой системах. Может
также могут возникнуть проблемы с помехами EMI / RFI, если исключить металлическое экранирование.

Практические правила

Простое правило, которое следует помнить при установке проводки IG:
следующее:

От изолированной розетки заземления, изолированной земли
провод должен следовать за проводкой до первого заземления нейтрали.
точка соединения и заземление только в этой точке.Изолированный
Земля не должна выходить за пределы этой точки или подключаться к отдельному
заземляющий электрод (строительная сталь, металлическая водопроводная труба или ведомый стержень).
И самое основное из всех правил при обосновании производительности системы — следовать
NEC — безопасность прежде всего.

Ссылки:

H.W. Денни, Заземление для контроля ЭМИ , Дон
White Consultants, Inc., Гейнсвилл, штат Вирджиния, 1983. Хорошая информация о
основы борьбы с шумом.

E.C. Soares, Заземление электрических распределительных систем
по безопасности , Marsh Publishing Company, Inc., Уэйн, штат Нью-Джерси, 1966.

ANSI / NFPA 70-1993, Национальный электротехнический кодекс , Национальный
Ассоциация противопожарной защиты, Batterymarch Park, Куинси, Массачусетс, 1992.

4 CSA Std. C22.1, Канадский
Электрический код , Канадская ассоциация стандартов, Онтарио, Канада, 1990.

5 Р. Х. Кауфманн, «Некоторые основы
проектирования цепи заземления оборудования », AIEE Transactions , ноябрь
1954, стр.227-232.

Дополнительные ссылки для информации по изолированному заземлению:

Т.М. Грузс, «Компьютерные системы нуждаются в изолированном заземлении, которое
безопасен и не шумит », Computer Technology Review , Spring
1988, стр. 103-108.

W.H. Льюис, «Использование и злоупотребление изолированным заземлением»,
IEEE Transactions on Industry Application , Vol. 25, № 6,
Ноябрь / декабрь 1989 г., стр. 1093–1101.

Рекомендуемая практика IEEE для питания и заземления
Чувствительное электронное оборудование, The Emerald Book, IEEE Std., 1100–1992.

Т.М. Грузс, «Как и почему изолированное заземление»,
Седьмая Международная конференция по качеству электроэнергии, Intertec International,
Октябрь 1993 г., стр. 685-698.

SL-24275

ЛИБЕРТ-ВЕБ
УВЕДОМЛЕНИЕ И УСЛОВИЯ

Авторские права © 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, Liebert Corporation.