Повторное заземление
Повторным заземлением нулевого проводника является защита, установленная на определенных правилами ПУЭ промежутках на всей протяженности нейтрали. В задачи повторного заземления включается снижение силы напряжения в нулевом проводе и электроприборах, которые были занулены относительно грунта. Это свойство целесообразно в качестве защиты от обрыва нулевого провода и при пробое электрического напряжения на корпус электрических приборов.
Чтобы сделать повторное подключение, необходимо провести непрерывную нейтраль от щитка до нулевых проводников. В условиях многоэтажек для повторного заземления применяют различные системы.
TN
Трансформаторная нейтраль в электрике заземляется, а доступная часть присоединяются к ней через нулевые защитные проводники. В нормальном режиме электроприемник под напряжением не находится. Система TN бывает:
- TN-S – защитный и нулевой проводник разделяются по протяженности всей магистрали;
- TN-C-S – функции проводов РЕ и N совмещаются в одном части проводника, выведенного от трансформатора.
Если коммуникации подключаются в частном доме, используются естественные заземлители – металлические штыри в грунте. Нормативные документы не рекомендуют применять естественные проводники, поскольку невозможно рассчитать сопротивление, которое дает почва при растекании тока.
TN-С
TT Заземление в домах, построенных до середины 90-х, для которой использовался четырехпроводной способ – 3 фазы и 1 нуль. Защитную и рабочую функции нейтрали выполняет общий проводник на протяжении всей магистрали. Запитка потребителей происходит от PEN-кабеля. Он же задействуется для заземления.
ТТ
IT Применяется для подачи электроэнергии в загородных и сельских условиях. Ток поступает по линиям электропередач на опорах. Установки разрешены в случаях, когда TN сделать невозможно или очень дорого. При подаче повышенного тока на приборы цепь питания выключается полностью через УЗО.
IT
Сеть с изолированной нейтралью трансформатора. Отводится от грунта или заземляется через приемник с большим сопротивлением. Линия земли проводится по отдельной шине, а на ней уже подключаются контакты розеток. Организация системы целесообразная для образовательных, медицинских учреждений.
Объяснение для чайников
Понижающая подстанция, в которой установлен трансформатор, имеет свой контур заземления. Он соединен между собой стальными шинами и прутами, в один заземляющий контур. К потребителям в электрический щиток от подстанции прокладывается кабель, который содержит четыре жилы. Если потребителю необходимо питание от трёхфазной цепи 380 Вольт, то подключаться необходимо ко всем жилам. В однофазное сети 220 В питание будет осуществляется от нулевого провода и от одной из фаз. Защита людей в однофазных и трехфазных цепях, если нет системы заземления, должна осуществляется за счёт специальных устройств защитного отключения (УЗО), которые срабатывают при небольшой утечке на ноль, при этом отключают надёжно потребителя от сети.
КАК САМОМУ ОПРЕДЕЛИТЬ ФАЗУ, НОЛЬ и ЗАЗЕМЛЕНИЕ У ПРОВОДОВ
Итак, начнем по порядку:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗЫ
Для большего удобства, сперва всегда лучше определять какой из имеющихся проводов фаза. О том, как найти фазу цифровым мультиметром мы уже писали, а как быть если его нет, читайте ниже.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗЫ ИНДИКАТОРНОЙ ОТВЕРТКОЙ
Самый простой способ обнаружения фазного провода – это поиск с помощью индикаторной отвертки. Этот простейший инструмент должен быть у любого домашнего мастера, занимающегося электрикой в квартире – будь то полный электромонтаж, простая замена ламп или установка светильников, розеток и выключателей.
Принцип работы индикаторной отвертки прост – при касании жалом отвертки проводника под напряжением и одновременном касании контакта, на задней стороне отвертки, пальцем руки – загорается индикаторная лампа в корпусе инструмента, которая и сигнализирует о наличии напряжения. Таким образом легко можно узнать, какой провод фазный.
Принцип действия индикаторной отвертки прост – внутри индикаторной отвертки расположена лампа и сопротивление(резистор), при замыкании цепи (касании нами заднего контакта) лампа загорается. Сопротивление защищает нас от поражения электрическим током, оно снижает ток до минимального, безопасного уровня.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗЫ, НУЛЯ И ЗАЗЕМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ ЛАМПОЙ
Еще один способ, которым можно определить фазный, нулевой и провод заземления в современной трехпроводной электрической сети, это использование контрольной лампы
Способ неоднозначный, но действенный, требующий особой осторожности
Чтоб начать определение, в первую очередь необходимо собрать само устройство контрольной лампы. Самый простой способ использовать патрон, с вкрученной туда лампой, а в клеммах патрона закрепить провода со снятой на концах изоляцией. Если же под рукой нет электрического патрона или нет времени что-то мастерить, можно воспользоваться обычной настольной лампой с электрической вилкой.
Технология определения фазы, нули и земли с помощью контрольной лампы максимально проста – поочередно соединяя провода лампы к проводам требующим определения, каждый с каждым.
Определить фазу и ноль из двух проводов
В случае определения контрольной лампой фазного провода среди двух проводов вы лишь сможете узнать, есть фаза или нет, а какой именно из проводников фазный определить не удастся. Если при соединении проводов контрольной лампы к определяемым жилам она загорится, то значит один из проводов фазный, а второй скорее всего ноль. Если же не загорится, то скорее всего фазы среди них нет, либо нет нуля, чего тоже исключать нельзя.
Таким способом, скорее, удобнее проверять работоспособность проводки и правильность её монтажа. Определять фазу лучше индикаторной отверткой, а вот наличие нуля узнавать так.
Определить фазный провод в таком случае можно подключив один из концов, идущих от контрольной лампы, к заведомо известному нулю (например, к соответствующей клемме в электрощите), тогда при касании вторым концом к фазному проводнику, лампа загорится. Оставшийся провод соответственно ноль.
Найти фазу, ноль и заземление из трех проводов:
В такой трехпроводной системе часто возможно точно определить фазный, нулевой и заземляющий провод контрольной лампой. Соединяем контакты, идущие от контрольной лампы поочередно к жилам требующего определения кабеля.
Действуем методом исключения:
Находим положение, в котором лампа горит, это будет значить, что один из проводов фаза, а другой ноль.
После чего меняем положение одного из контактов контрольной лампы, далее возможны несколько вариантов:
– Если лампа не загорится (при наличии УЗО или дифференциального автомата защиты проверяемой линии они также могут сработать) значит оставшийся свободным провод – ФАЗА, а проверяемые НОЛЬ и ЗЕМЛЯ.
– Если после смены положения лампа ненадолго вспыхнет, при этом сразу сработает УЗО или диф. автомат (если они есть), значит оставшийся свободным провод – НОЛЬ, а проверяемые это ФАЗА и ЗАЗЕМЛЕНИЕ.
– Если линия не защищена устройством защитного отключения (УЗО) или дифференциальным автоматом, и свет будет гореть в двух положениях. В этом случае узнать какой провод рабочий ноль (нуль), а какой защитный (заземление), можно просто отключив в щите учета и распределения электроэнергии вводной кабель от клеммы заземления. После чего так же проверить контрольной лампой все жилы и, опять же методом исключения, в положении, когда лампа не горит опознать проводник заземления.
Зачем заземлять нейтраль
Подключение общей точки выходных обмоток силовых трансформаторов с физической землей осуществляется с тремя целями:
- Для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электроустановки, и их самих.
- Для поддержания качества подаваемой электроэнергии в пределах отраслевых норм.
- Получения напряжения бытового номинала 220 вольт.
Обеспечение безопасности людей
В нашей стране все электрические сети напряжением 0,4 кВ делаются четырехпроводными и с глухозаземленной нейтралью, причем дублирование соединения нейтрального проводника (он тянется от общей точки соединения трех обмоток трансформатора силовой подстанции) с физической землей, осуществляется на каждой третьей опоре. Это делается с той целью, чтобы сопротивление заземления всегда было не более единиц Ом.
При надежном соединении нейтрали с землей случайное прикосновение к одной фазе не приведет к поражению электрическим током человека, если на нем обувь с подошвой, имеющей диэлектрические свойства. По той причине, что общее сопротивление линии рука – нога равно не менее 1 кОм, а это в десятки раз больше, чем у проводника, соединяющегося с заземлителем. Ток через человека просто не пойдет.
Если нейтральный проводник заземлен, то однофазное замыкание на физическую землю сопровождается лавинообразным ростом силы тока, что сопровождается возникновением электрической дуги и выделением большого количества тепла, в результате чего аварийный проводник плавится и его контакт с землей прекращается.
Чтобы ускорить процесс отключения, в линии устанавливаются автоматические электромагнитные выключатели, которые обесточивают ее при возникновении сверхтоков (КЗ). Это снижает время действия электрического тока на людей или электроустановки. Что дает шанс на то, что первые останутся живы и относительно невредимы, а вторые – работоспособными.
Поддержание качества подаваемой электроэнергии
В общем для трех обмоток трансформатора проводнике сила тока равна нулю и нет напряжения электрического поля. Это является результатом сложения трех векторов сил тока, угол (фазный сдвиг) между которыми равен 120. Но так происходит только в том случае, если все три фазы симметричны друг другу по электрическим параметрам. В реальности они могут отличаться, что приведет к тому, что в нейтрали возникнет ток, а потребителю будет подано, например, не 380, а 320 или 450 вольт. Заземление нейтрали в трехфазной сети принудительно выравнивает фазы, благодаря тому, что паразитный ток стекает на землю.
Это особенно актуально в том случае, если электроэнергия подается для питания однофазных потребителей. Оно осуществляется прокладыванием трехфазной линии с общей нейтралью (четыре провода) и подключением групп потребителей к разным фазам. Поскольку уровень энергопотребления в квартирах существенно отличается – в одной, например, включен только телевизор, а в другой еще и стиральная машина, перекос фаз может достигать критического уровня.
Если соединение с заземлителем недостаточно надежно и имеет большое сопротивление, нейтральный провод, который обычно делают меньшего сечения, чем фазный, может отгореть. Это приводит к тому, что у кого-то напряжение на вводах будет почти 380 вольт, а у других около 110. Оба режима опасны для бытовых приборов и могут привести к электротравме людей или животных.
Бытовой номинал напряжения
Бытовое напряжение 220 вольт снимается между фазной линией и нейтралью, от линейного (между фазами) оно отличается в 1,7 раза. Для обеспечения стабильности его значения нейтраль заземляется.
Что такое глухозаземленная нейтраль?
Основное отличие глухозаземленной нейтрали от обычного заземления заключается в том, что нейтральный провод, который обычно соединяется с землей для распределения несбалансированного тока, замкнут с помощью низкоомного заземления. Это позволяет снизить риск возникновения опасного напряжения на поверхности заземления и минимизировать возможность электрического удара.
Глухозаземленная нейтраль используется в различных электрических системах, таких как электростанции, промышленные установки и энергетические сети. Она позволяет обеспечить стабильное и безопасное функционирование электрооборудования и защитить персонал от возможных опасностей.
Важно отметить, что глухозаземленная нейтраль требует специального оборудования и правильной установки, чтобы быть эффективной и надежной. Поэтому важно обратиться к квалифицированному электротехническому специалисту для правильной настройки и обслуживания системы глухозаземленной нейтрали
Зачем нужна глухозаземленная нейтраль?
Основная задача ГЗН заключается в обеспечении надежного соединения с нейтралью потребителей электроэнергии. Это позволяет предотвратить появление высоких напряжений между нейтралью и заземлением, что может привести к возникновению опасных токов и повреждению оборудования.
Глухозаземленная нейтраль также позволяет эффективно разряжать накопившиеся статические электрические заряды
Это особенно важно в зданиях и сооружениях, где используется электронное и электротехническое оборудование, так как статический электрический заряд может негативно повлиять на его работу
Кроме того, ГЗН способствует устранению земляных петель, которые могут возникнуть в электрической системе здания. Земляные петли могут привести к появлению помех в работе оборудования и вызвать искрение или перегрев, что создает риск возникновения пожара.
Реализация разделения
С учетом наличия на выходе точки разделения двух различных проводников саму процедуру выполняют с помощью двух отдельных шин. Одна из их предназначена для подключения рабочих проводников, вторая обслуживает защитные. Шины в обязательном порядке соединяют между собой перемычкой. Функции перемычки можно возложить на любой провод или жесткую шину, материал и сечение которой совпадают с основными.
Практикуется установка шины N на изоляторах, тогда как шина PE монтируется прямо на корпус ВРУ. Пример монтажа шин показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Пример монтажа шин N и PN в корпусе ВРУ. Фото взято в качестве иллюстрации с сайта rx-it.ru
Шины в обязательном порядке должны быть снабжены соответствующей маркировкой.
Провода или перемычки на шины, обслуживающие рабочие и защитные проводники, подаются от специальной расщепляющей шины, которая предназначена для подключения PEN-проводника., рисунок 3. При отсутствии в составе этой части проводки автоматического выключателя шина расщепитель не применяется, что позволяет значимо увеличить эксплуатационную надежность проводки уменьшением количества болтовых соединений в ее составе.
Рисунок 3. Реализация перехода с применением трех шин
Их соображений удобства эксплуатации допускается установка нескольких защитных перемычек N-типа.
В области выполнения перехода провода РЕ и PEN целесообразно заземлить еще раз. Для этого привлекаются специально организуемые контуры заземления или же заземлители естественного характера. Данная особенность оговорена ПУЭ в пункте 1.7.61. Параметры заземления этой разновидности действующими нормативами не задаются, но, исходя из здравого смысла и с учетом выполняемых функций, имеет прямой смысл обеспечить минимальное сопротивление. В качестве ориентира можно использовать значение 4 Ом.
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
Виды нейтралей в сетях
В зависимости от используемых сетей, режим нейтрали разделяют, с учетом использования на следующих магистралях:
- до 1 кВ;
- свыше 1 кВ.
Сети напряжением менее 1 000 В по способу выполнения нейтрали в свою очередь подразделяют на системы TN, IT, TT, первые буквы в обозначениях которых говорят о следующем:
- Т (терра) – глухозаземленной нейтрали;
- I (изолят) – изолированной нейтрали.
Расшифровка вторых букв свидетельствует о таком значении:
- N (нейтраль) – заземление ОПЧ выполнено посредством глухозаземленной нейтрали от энергоисточника;
- Т – независимое заземление.
TN делят еще на три подгруппы с дополнительным обозначением С, S и С-S. В данном случае С и S соответственно указывают на возможность совмещения в одном заземляющем проводнике защитных и рабочих функций (комбинированный и раздельный).
Сети до 1 кВ
Далее представлен краткий обзор систем нейтралей для сетей с напряжением менее 1 кВ.
TN
Выполняют с глухозаземленной нейтралью, с заземлением через нее открытых проводящих частей. Заземляющий проводник непосредственно соединяют с заземлительным контуром электросваркой или болтовым контактом. Возможно подключение через незначительный резистор (токовый трансформатор).
В указанных сетях назначение глухозаземленной нейтрали предполагает питание потребителей с однофазными и трехфазными характеристиками.
ТТ
В данном случае также устраивают глухозаземленную нейтраль, а для заземления открытых проводников подключенной установки используют отдельное устройство, отделенное от нейтрального провода. Т. е. вывод защитного заземления производят не от энергоисточника, а от потребляющего агрегата.
IT
Для системы IT трансформаторные и генераторные нейтральные проводники изолированы и заземлены, с применением устройства с высоким сопротивлением, при независимом заземлении открытой части. Такой способ применяют на электросетях для подключения промышленных комплексов, где перерыв энергоснабжения не допускается.
Сети более 1 кВ
На высоковольтных сетях применяются другие способы подключения нейтрали.
- сети 6 – 35 кВ с изолированной нейтралью,
- сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через дугогасящий ректор,
- сети 6 – 35 кВ с нейтралью, заземленной через активное сопротивление,
- сети 110 кВ с эффективно заземленной нейтралью,
- сети 220 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью.
Изолированная нейтраль
Система при отсутствии нулевой точки, когда три фазы соединены треугольником. Применяют при величине напряжения в диапазоне от 6 до 35 кВ.
Изолированная нейтраль
Эффективно-заземленная нейтраль
Эффективно-заземленная нейтраль
Используют для сетей, при значении напряжения более 110 кВ. При возникновении однофазного замыкания, на фазах, сохранивших целостность, величина напряжения удерживается на уровне 0,8 по отношению к междуфазному при нормальной работе сети. Требует выполнения сложного и дорогого заземлительного контура, поскольку система рассчитана на большие токи короткого замыкания.
Заземление посредством резистора или реактора
Заземление посредством резистора или реактора
Применяют в сетях от 6 до 35 кВ, чтобы снизить значение тока при КЗ. При использовании реактора, в момент, когда задействован заземлитель, через него протекает КЗ емкостного происхождения и индуктивного (от данного устройства). При равной величине этих токов, происходит резонанс, с нулевой нагрузкой в сети.
При использовании резистора, возможна организация низкоомного и высокоомного заземления, в зависимости от величины тока, инициируемого сопротивлением при пробое на землю. При малых емкостных токах в сети, заземление отличается высокоомными характеристиками, что позволяет задержку отключения подачи энергии.
При большом емкостном токе, предусмотрено использование низкоомного заземления.
Глухозаземленная нейтраль
Более прогрессивным способом считается режим глухозаземленной нейтрали. В этом случае нейтраль генератора или трансформатора непосредственно соединяется с заземляющим устройством. В некоторых случаях соединение осуществляется с использованием малого сопротивления, например, трансформатора тока. В отличие от защитного, такое заземление нейтрали называется рабочим. Значение сопротивления заземляющих устройств, соединенных с нейтралью, не должно превышать 4 Ом в электроустановках с напряжением 380/220 вольт.
В электроустановках, где используется глухозаземленная нейтраль, поврежденный участок должен быстро и надежно отключаться в автоматическом режиме в случае возникновения замыкания между фазой и заземляющим проводником. С связи с этим, при напряжении до 1000 вольт, корпуса оборудования должны обязательно соединяться с заземленной нейтралью установок. Таким образом, обеспечивается быстрое отключение поврежденного участка в случае короткого замыкания с помощью реле максимального тока или предохранителя.
Применение повторного заземления в классической системе TN
Повторное заземление является важнейшим элементом комплексной системы защиты от поражения электрическим током. Его используют для заземления нулевого защитного провода РЕ и РЕN электрических сетей до 1000 Вольт в системе ТN с глухозаземленной нейтралью трансформатора.
Классические системы заземления принято различать по состоянию их нейтрали, которая может быть глухо заземленной или изолированной. В соответствие с этим признаком они делятся на две большие группы и обозначаются соответствующим сочетанием английских букв. «Т» означает земля, а «N» – нейтраль, что при их совместном написании символизирует заземленный «нуль». Помимо этого в данных системах предусмотрены проводники и шины, обозначаемые как PE (отдельный заземляемый повод) или же PEN –совмещенная рабочая и защитная шина.
В зависимости от выбранной схемы постоянно заземленный нейтральный провод N может быть как независимым от защитного PE-проводника, а может соединяться с ним, образуя шину PEN. В первом случае получаем систему TN-S («Separate» или раздельная прокладка), а во втором – TN-C.
Существует еще один вариант, когда два провода (защитный и нулевой) на стороне подстанции объединены, а при вводе на объект разделяются на защитный проводник PE и функциональную шину N. Подобная организация системы защиты потребителя носит название TN-C-S и также предполагает обязательность заземления нулевого провода.
Реакция электроприборов на обрыв нуля
При обрыве нуля на фазу с большим количеством потребителей увеличивается нагрузка. Напряжение при этом снижается. На фазе с меньшим числом потребителей наблюдается резкое повышение напряжения. Электроприборы могут:
- работать со сбоями;
- ломаться или сгорать при подключении к сети;
- биться током, если не выполнялось заземление.
Последствием повреждений нейтрали является выход из строя дорогостоящего оборудования с чувствительностью к колебаниями сети. Чтобы устранить электроопасность, требуется поставить индивидуальный щиток с ограничителем напряжения. При перепадах он быстро выключит питание.
Достоинства и недостатки глухозаземленной нейтрали
Достоинства и недостатки глухозаземленной нейтральной точки были источником многочисленных дебатов в электротехническом сообществе. Нейтральная точка — это точка в электрической системе, где заземление намеренно отключено от остальной части. Это может быть сделано по разным причинам, но наиболее распространенной является повышение безопасности устройства.
Существует два основных аргумента в пользу того, что заземление выгодно. Первый — это повышение безопасности за счет снижения риска поражения электрическим током. Если в системе возникнет неисправность, ток не будет протекать через заземление в землю, что потенциально может привести к летальному исходу. Второй аргумент — повышение надежности системы за счет предотвращения возникновения контуров заземления. Контуры заземления могут возникать при наличии нескольких точек в системе, и они могут вызвать проблемы с целостностью сигнала и качеством питания. Отсоединение заземления позволяет предотвратить появление таких петель.
Существуют также два основных аргумента против использования заземления. Первый заключается в том, что это повышает риск возгорания. При коротком замыкании ток будет протекать по любому пути, который он сможет найти, в том числе и через горючие материалы, такие как дерево или бумага. Это может привести к пожарам, которые в противном случае не возникли бы. Второй аргумент против заключается в том, что они могут увеличить электромагнитные помехи (ЭМИ). Это связано с тем, что токи, проходящие через воздух, создают магнитные поля, а они могут создавать помехи для электронного оборудования.
Решение о том, использовать или нет, должно приниматься в каждом конкретном случае. В целом, глухозаземленную нейтраль следует использовать только при наличии веских причин, таких как повышение безопасности или надежности.
Оборудование и средства для измерения сопротивления заземления
Основным прибором, которым производятся измерения сопротивления растекающимся токам, является измеритель заземления ИС-10. Данный прибор работает в пяти диапазонах измерения, что объясняет его широкое применение. Минимальным диапазоном является сопротивление от 0,01 до 9,99 Ом, затем следуют диапазоны 0,1–99,9 Ома, 1–999 Ом, 0,01–9,99 кОма. Максимальное сопротивление, определяемое этим прибором, составляет диапазон от 1 до 999 мОм. В сочетании с прибором для измерений используются выносные токовые и потенциальные электроды.
Следует отметить, что измерительная схема заземления собирается по строгим правилам – соединительные проводники прибора, в первую очередь, к токовым и потенциальным электродам, затем к прибору и в последнюю – к заземлителю.
