Глухозаземленная и изолированная нейтраль – Глухозаземленная нейтраль: принцип действия, устройство, схемы

220v.guru

Глухозаземленная нейтраль — принцип работы, преимущества и недостатки

Уберечь человека от поражения электрическим током во время возникновения аварийных ситуаций помогает глухозаземленная нейтраль, обеспечивающая его защитное отключение. Это становится возможным за счет выравнивания потенциалов и срабатывания устройства в момент возрастания силы тока.

Нужно понимать, что использование этого механизма в реальной жизни так же, как и с изолированной нейтралью, строго регулируется специальными правилам устройства электроустановок (ПУЭ).

Принцип действия

Согласно Правилам, под этим термином стоит понимать соединение трансформатора (нейтрали генератора) с устройством для заземления. Так, например, если речь идет о трехпроводной сети, прокладываемой к жилому дому от источника питания, нейтраль будет распределена по щиткам с последующим к ней подключением контуров заземления электрооборудования дома. Цепь такого рода не допускает установку предохранителей, подверженных плавлению, и устройств, способных выступить в роли разрушителей единства цепи.

Рабочий ноль — проводник, работающий в тандеме с третьим проводом. Они помогают создавать в доме нужное для работы основных электроприборов напряжение.

Рассмотрим пример аварийной ситуации. В стиральной машине вибрация стала причиной отсоединения фазного провода от места крепления, что привело к его контакту с металлическим корпусом. Что происходит? Короткое замыкание, в процессе чего сила тока быстро набирает обороты. Автовыключатель справится с задачей — питание отключится. Человек, случайно коснувшийся провода, не будет поражен током, так как сопротивление R0 окажется меньше, чем при прохождении тока через человеческое тело.

Для эффективной работы системы с глухозаземленной нейтралью или с изолированной нейтралью (без подключения к устройству заземления) в ответственный момент важно опять же следовать Правилам.

Достоинства и недостатки метода

Система имеет как плюсы, так и минусы.

К достоинствам можно отнести следующие факты:

1. Сеть незаменима в процессе подавления перенапряжений.
2. Нейтраль данного типа открывает возможности в использовании оборудования с таким уровнем изоляции, который изначально предполагает фазное напряжение.
3. Не потребуется специальная схема защиты, достаточно будет обычных функций защиты от тока перегрузки в фазах для удаления глухих замыканий фазы на землю.

К минусам стоит отнеси:

1. Сети с нейтралью глухозаземленного типа — это риск повреждений и помех вследствие большого замыкания тока на землю.
2. Фидер после повреждения будет работать со сбоями.
3. Сохраняется опасность для человека во время действия повреждения в результате создания высокого напряжения прикосновения.

Немного о применении метода заземления с глухозаземленной нейтралью: его не выбирают для создания подземных или воздушных сетей среднего напряжения в Европе, зато активно используют в распределительных сетях североамериканских объектов. Целесообразно использование глухозаземленной нейтрали в случаях маломощности источника при коротком замыкании.

Что такое системы TN

TN будут называться системы с использованием глухозаземленной нейтрали для подключения защитных и нулевых функциональных проводников. Важный момент — в таких системах к нулевому проводнику, в свою очередь соединенному с нейтралью, должны быть подключены все корпусные электропроводящие детали.

Такая система отличается подключением нейтрали к контуру заземления вблизи трансформаторной подстанции. Нейтраль в этом случае не заземляется с помощью дугогасящего реактора.

На предприятиях промышленного типа наиболее целесообразными являются четырехпроводные трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В со вторичной обмоткой, объединенной в звезду и наглухо соединенной нейтральной точкой с устройством для заземления.

Двигатели при подключении к фазам сети питаются при линейном напряжении, источником питания ламп является фазное напряжение при подключении их между нейтральными и фазными проводами. N -проводу отводится сразу две роли — он является рабочим, необходимым для присоединения однофазных приемников, и проводом зануления с присоединенными металлическими корпусами установок, которые не находятся под нормальным напряжением.

Зануление пробоя изоляции обмотки двигателя приведет к появлению большого тока короткого замыкания и срабатыванию механизма защиты, в результате чего двигатель будет отключен от сети. В случае отсутствия зануления корпуса двигателя повреждение изоляции обмотки приведет к созданию опасной ситуации на корпусе касательно земли.

В случае однофазного КЗ на землю относительно нее напряжения на целых фазах остается прежним, поэтому изоляция может быть устроена с уклоном не на линейное, а на фазное напряжение.

Итак, глухозаземленной нейтралью называется нейтраль генератора или трансформатора, которая подсоединена к заземляющему устройству.

Главным преимуществом ее использования является возможность предотвращения воспламенения электропроводки за счет автоматического отключения поврежденного участка от сети. Кроме того, в случае короткого замыкания между нейтральным проводом и поврежденной фазой и соответственно увеличивающимся током срабатывают токовые реле, опасность поражения сводится к минимуму.

Глухозаземленная нейтраль — принцип работы, преимущества и недостатки

220.guru

Глухозаземленная нейтраль: принцип работы, схема, применение

Глухозаземленная нейтраль является частью системы электроснабжения потребителей, она направлена на безопасное использование сетей до 1000 Вольт, которые чаще всего применяются в быту и на производстве в качестве источника стандартного уровня низкого напряжения — 0,38кВ, 0,22кВ и ниже. Нейтраль — это общая точка соединения обмоток звездой у источников электроэнергии, которыми являются трансформаторы или же генераторы. Если эту точку соединить с землёй, то и получится сеть с глухозаземлённой нейтралью. В нулевой точке происходит выравнивание потенциалов, что очень удобно для обеспечения электроэнергией и однофазных, и трехфазных источников.

Устройство и принцип действия сетей с глухозаземлённой нейтралью

Принцип работы источников электроэнергии, в частности, понижающих трансформаторов основан на законе взаимоиндукции и передаче энергии по магнитному сердечнику. Первичная обмотка при этом может и не иметь нулевого провода, в отличие от вторичной, где соединение его с нулём через проводник с низким сопротивлением, который можно приравнять с нулевым значением, будет являться эффективным средством защиты от поражения человека опасным для его жизни и здоровья напряжением.

Главной особенностью сетей с глухозаземлённой нейтралью является появление не только линейного, но и фазного напряжения. Что это такое и чем оно отличается друг от друга, рассмотрим на примере простой принципиальной схемы.

Фазное напряжение — это потенциал между одним из проводов линии и нулевой точкой, присоединенной к земле, то есть наглухо заземлённой. Линейное напряжение — разница потенциалов между двумя выводами линий, то есть L1 и L2, L1-L3, или же L2-L3, называется оно также межфазное. Такие источники электрической энергии в бытовых условиях имеют распространенное значение напряжения в виде 380 В — линейного, и 220 — фазного. Линейное напряжение больше фазного на √3, то есть на 1,72.

Но основная задача такой системы это не только транспортировка к потребителям напряжений двух значений при разном количестве фаз в одной системе электроснабжения, но и защита человека при пробое изоляции и появлении напряжения в точках, которые в нормальном состоянии не имеют опасного потенциала. В жилых зданиях это:

• корпуса всех бытовых приборов, которые проводят электрический ток, то есть сделаны из стали или другого токопроводящего металла;
• металлоконструкции щитовых и распределительных устройств;
• защитная оболочка кабелей.

Также для обеспечения безопасности все перечисленные выше элементы должны быть заземлены, именно в этом случае опасность от использования напряжения и применения бытовых приборов в сетях с глухозаземлённой нейтралью будет минимальна. При этом для таких цепей обязательна равномерность распределения однофазных нагрузок.

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.

Классификация сетей с глухозаземлённой нейтралью

Современная система электроснабжения имеет стандартную маркировку где помимо рабочего нулевого проводника присутствует и защитный, что и даёт определение степени защищённости.

• L — фазный проводник;
• N — рабочий ноль;
• РЕ — защитный нулевой проводник;
• РЕN — рабочий и нулевой проводник выполнены одним проводом.

Существуют несколько подсистем в цепях с источником энергии, имеющим глухозаземлённую нейтраль:

• TN-C. При данной системе нулевой и защитный проводник с подстанции организован одним проводником, возле приёмника его корпус (или другие элементы, подлежащие заземлению) соединяют с данным совмещенным проводником – это называется зануление. Это устаревшая система, применялась в старых домах при СССР, сейчас для бытовых потребителей не используется, так как небезопасная. Такая система имеет существенный недостаток, так как в случае обрыва РЕN проводника на пути от питающего трансформатора до приемника электроэнергии, на зануленных корпусах оборудования появляется опасный потенциал. Используется только для защиты промышленных потребителей (об этом говорится ниже в следующем разделе).
• TN-S. Имеет больший процент безопасности во время аварийных ситуаций. Это достигается путём разделения защитного и рабочего проводников по всей длине питающей линии, от трансформатора до распределительного электрощита (до конечного потребителя). Однако за счёт того, что приходится применять кабельную продукцию имеющую пять жил, что сильно увеличивает стоимость прокладки и бюджет на организацию электроснабжения к потребителю, применяется данная система не всегда.
• TN-C-S. Данная система заземления является наиболее распространенной в наше время. При данной системе нулевой и защитный проводник на всей длине линии объединены в один совмещенный проводник PEN. При входе в здание данный проводник разделяется на защитный PE и нулевой N, которые дальше распределяются по потребителям (квартирам). При данной системе в случае отгорания PEN проводника до точки разделения на заземленных корпусах электроприборов появится опасный потенциал. Для предотвращения этого на всей длине линии и при входе в здание делаются повторные заземления PEN проводника и предъявляются повышенные требования к механической защите данного проводника.
• ТТ. Данная система заземления практикуется в том случае, если линия системы TN-C-S находится в неудовлетворительном техническом состоянии и не обеспечивается достаточной безопасности предусмотренного в ней защитного заземления. Данная система заземления предусматривает монтаж индивидуального контура заземления у потребителя, при этом PEN проводник электрической сети используется только в качестве нулевого провода N.

Важно знать

Для электроснабжения однофазных и трёхфазных потребителей в промышленности и в бытовых условиях используют так называемое зануление, которое «якобы» является действенным методом, обеспечивающим автоматическое отключение электроустановки или части её, в которой произошло короткое замыкание. При занулении в цепях с глухозаземлённой нейтралью к нулевому проводу подключаются все металлические части и корпуса электрооборудования. Как работает данная защита? Дело в том что при любом коротком замыкании на корпус цепь переходит в режим короткого замыкания, ток в цепи автоматического выключателя сильно увеличивается и аварийный участок отключается от сети.

Преимуществом такой системы являются экономия расходов на проводку защитного заземления, а также снижение стоимости кабельной продукции, так как к одной и той же цепи можно подключить и однофазные и трёхфазные электроприёмники.

Однако недостатком глухозаземлённой нейтрали, организованной по принципу защитного зануления, можно назвать недостаточность обеспечения защиты человека при пробое изоляции на корпус электроприбора во время обрыва нулевого провода, который является и защитным. И это очень важный момент — зануление является опасной мерой защиты, поэтому оно организовываться в домашних условиях ни в коем случае не должно!

Современное электроснабжение всё-таки направлено больше на безопасность, поэтому требует установки УЗО и отдельного защитного заземляющего контура, через который даже самые незначительные токи утечки будут уходить в землю, при этом не подвергая человека опасности.

Теперь вы знаете, что такое глухозаземленная нейтраль, какой у нее принцип работы и в каких сетях она применяется. Если остались вопросы, можете задавать их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

samelectrik.ru

Глухозаземлённая нейтраль — ElectrikTop.ru

Глухозаземленной нейтралью называется общая точка соединения типа «звезда» выходных обмоток трехфазного трансформатора или генератора, если она имеет непосредственное (или через сопротивление малой величины) соединение с физической землей. В нашей стране она используется только в электрических линиях напряжением 0,4 кВ.

Зачем заземлять нейтраль

Подключение общей точки выходных обмоток силовых трансформаторов с физической землей осуществляется с тремя целями:

1. Для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электроустановки, и их самих.
2. Для поддержания качества подаваемой электроэнергии в пределах отраслевых норм.
3. 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 120⁰. 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.

Схемы подключения заземленной нейтрали

Существует несколько схем глухозаземленной нейтрали.

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

Подробнее с системами заземления можно ознакомиться здесь.

Заземление и зануление

Из-за того, что технологическая нейтраль обмоток трансформатора заземляется, существует путаница в применение проводников N и PE.

Правила устройства электроустановок четко определяют, что технологическую нейтраль – провод N – можно подключать к корпусам электроприборов только в трехфазной сети. Именно в этом случае по нему не течет ток и потому он называется нулевым проводником, а способ его подключения занулением.

При питании однофазных потребителей по проводу N течет ток. Поэтому его категорически нельзя подключать к корпусу электроприбора. Во-первых, это опасно из-за возможности поражения людей электрическим током. Во-вторых, питание на потребителя не будет подано, поскольку между его схемой и корпусом нет электрической связи.

ВНИМАНИЕ! Корпус однофазного бытового электроприбора можно только заземлять, подключая к проводнику PE!

Аналогичной ошибкой является подключение к клемме N АВДТ или УЗО защитного проводника PE. Если PE подключен к входу и выходу, то защита не будет срабатывать. А при разноименной коммутации, например, провод N на входе, а PE на выходе, будет, наоборот, происходить постоянное отключение.

Глухозаземленная нейтраль не является гарантированной защитой от поражения людей электрическим током. Она только снижает тяжесть последствий. Поэтому соблюдение правил электробезопасности в любом случае обязательно.

electriktop.ru

устройство, применение и отличие от изолированного варианта

Трехфазная электросеть, которая широко применяется для электроснабжения, использует два основных варианта соединения: треугольник и звезда. В соединении звезда получается потенциал, общий для всех фаз. Это соединение фаз источника электроэнергии тем или иным способом связывается с потребителем этой энергии.

В результате нагрузки симметрируются, а состояние электросети стабилизируется. Но это нормальное состояние рано или поздно нарушается какой-либо аварией. Например, ударом молнии в провода одной фазы или их обрывом по той или иной причине.

На страже всегда система защиты от подобных неприятностей. Для минимальных потерь времени и средств от простоя электроснабжения ее работа должна быть максимально эффективной. Способ соединения нейтральных потенциалов в электросети в значительной степени влияет на работу защиты и не только. Далее более подробно остановимся на таком соединении нулевых потенциалов источника и потребителя электроэнергии, как глухозаземленная нейтраль.    

Вариант для сравнения – изолированная нейтраль

Самый понятный способ соединения точек нулевого потенциала источника и потребителя электроэнергии – это проводник, присоединенный к ним. При отсутствии точки соединения с заземляющим устройством этот провод получается гальванически не связанным с землей. Таким образом, выходит так называемая изолированная нейтраль. Этот проводник способен пропустить самые большие токи, которые только могут появиться в электросети, и остановить это может лишь его перегорание от нагревания.

Изолированная нейтраль не связана гальванически с заземлением провода, и кабели, передающие электроэнергию на большие расстояния, фактически являются обкладками конденсаторов. По этой причине на землю все равно происходит утечка в виде емкостного тока. А если произойдет авария, в результате которой одна из фаз, по сути, заземлится (короткое замыкание на землю), величина емкостного тока получится максимальной.

Не будем вдаваться в детали этого, поскольку наша задача – это подробности относительно глухозаземленной нейтрали. Для справки упомянем то, что для ограничения емкостных токов ПУЭ предписывает использование дросселей (иначе реакторов) с теми или иными значениями токов и напряжений. Токи при замыкании на землю в электросети с изолированной нейтралью сравнительно невелики. Они не наносят какого-либо значительного ущерба, и по этой причине снижается требование к быстродействию защиты, а значит, и расходы на нее получаются меньше.

Однако эта простота ситуации с коротким замыканием на землю дает много, так сказать, побочных эффектов. Вот они:

• появляются множественные перенапряжения в области замыкания на землю, сопровождающиеся маломощной, но разрушительной дугой;
• их воздействие на изоляцию вызывает как минимум уменьшение ресурса изоляции большого числа электрических проводников и оборудования;
• скрытность процесса замыкания на землю затрудняет его обнаружение, что делает довольно-таки продолжительным его разрушительный эффект;
• емкостные токи опасны для людей, которые находятся вблизи места замыкания;
• защиту сложно настроить на правильное распознавание ситуации.

Перечисленные недостатки обуславливают более широкое распространение глухозаземленной нейтрали.

Что лучше в глухозаземленной нейтрали

Поскольку молния ударяет в землю, очевидно, что ее можно эффективно использовать в качестве эквивалента провода. Что и делается в источнике и потребителе электроэнергии. В них точка нулевого потенциала соединяется с заземляющим устройством, которое именуется рабочим заземлением. Для возможности контроля силы тока в глухозаземленной нейтрали между точкой нулевого потенциала и заземляющим устройством присоединяется трансформатор тока.

• При замере сопротивления рабочего заземляющего устройства в электрических цепях 220–380 В, его величина должна быть не более 4 Ом.

Короткое замыкание на землю в электрической цепи с глухозаземленной нейтралью носит явный характер и сопровождается током большой силы. При возникновении электрической дуги выделяется много энергии, которая разрушительно действует вблизи места замыкания. По этой причине защита должна максимально быстро отключить источник питания от места повреждения. Для снятия потенциала с корпусов электрооборудования при коротком замыкании на землю их соединяют с защитным заземлением.

• Преимуществом глухозаземленной нейтрали является явный характер короткого замыкания на землю и возможность точной настройки на него устройств защиты.

В электрических сетях до 1000 В источниками электропитания являются вторичные обмотки трансформаторов. Для наиболее эффективного соединения точек нулевого потенциала источника питания и нагрузки применяются дополнительные проводники PEN, PE и N, соединенные так, как показано далее на изображении:

В составе этих проводников применение каких-либо иных элементов недопустимо. Если связь между источником питания до 1000 В с нагрузкой выполнена в виде ЛЭП, глухозаземленная нейтраль выполнена четвертым проводом, который через каждые двести метров соединяется с рабочим заземлением. Внутри помещений большой протяженности используются аналогичные расстояния между местами с рабочими заземлениями глухозаземленной нейтрали. Соединяемые с ней корпуса электрооборудования надежно защищают персонал от удара электрическим током.

domelectrik.ru