Повторное заземление — для чего оно нужно и как оно устроено?
Повторное заземление — неотъемлемая часть общей системы заземления. Его используют для заземления нулевого защитного провода РЕ и РЕN электрических сетей до 1000 Вольт в системе ТN с глухозаземленной нейтралью трансформатора.
Для устройства повторного заземления используют естественные заземлители. Сопротивление естественных заземлителей ничем не определяется и в любое время его значение может измениться, поэтому применяют искусственное заземление с заранее определенными параметрами.
Монтаж такого устройства нужен для снижения опасности поражения электрическим током людей, находящихся в непосредственной близости от электроустановок. Повторное заземление монтируют на вводе в здание, где находится электроустановка.
При наличии такого устройства в аварийных ситуациях напряжение на корпусах электроустановок и электроприборах уменьшается. Разность потенциалов между землей и корпусом электроустановки снижается, а человек, касающийся корпуса электроприбора, становится защищенным от поражения электрическим током.
Содержание
- Применение системы TN
- Применение системы TN-С
- Применение системы TN-C-S
- Применение системы TN-S
- Воздушные линии электропередач
- Совместимость с устройствами отключения
- Нормы сопротивления заземляющих устройств
Применение системы TN
Для электроснабжения основной части промышленных электроустановок до 1000 Вольт, жилых домов и квартир используется система ТN. Для надежного срабатывания аппаратов защиты и повышения электробезопасности необходимо выполнять заземление нулевого провода.
Система ТN подразделяется на следующие типы:
- ТN-C, когда нулевой рабочий проводник N объединен с нулевым защитным проводником РЕ.
- TN-S, когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводник на подстанции разделены.
- TN-C-S, когда нулевой рабочий и нулевой защитный проводники на подстанции объединены, а при вводе в здание электроустановки разделяются на два проводника.
Применение системы TN-С
Эта система заземления была и остается самой распространенной в стране.
При такой системе на подстанции заземляется нейтраль трансформатора. Нулевой проводник присоединяется к заземленной нейтрали на подстанции. В этом случае нулевой проводник выполняет функции рабочего и защитного проводников и называется РЕN-проводником.
Электропитание электроустановок осуществляется двумя жилами при однофазном питании или четырьмя жилами при трехфазном питании. При применении системы TN-С в электророзетках отсутствует заземляющий контакт, а корпуса всех промышленных электроприборов и электроустановок на производстве зануляются.
Недостаток системы в угрозе поражения электрическим током при обрыве нулевого проводника. Достоинство — недорогой электромонтаж. По правилам устройства электроустановок на смену системе TN-C пришли другие, более безопасные системы — TN-S и TN-C-S.
Применение системы TN-C-S
Система TN-C-S — основная для применения в соответствии с ПУЭ. В ней от трансформаторной подстанции до ввода в здание используется объединенный проводник РЕN, который на вводе в здание присоединяется к повторному заземлению и разделяется на рабочий проводник N и на защитный проводник РЕ.
Такое разделение осуществляется, как правило, в главном электрощите промышленного объекта или жилого здания. Далее, после главного электрощита, по зданию проводники N и РЕ разделены. В этом случае электророзетки имеют заземленный контакт, к которому присоединяется РЕ-проводник.
Система TN-C-S наиболее оптимальна с точки зрения цены и электробезопасности. Применяется в проектируемых жилых и промышленных зданиях.
Применение системы TN-S
Система ТN-S наилучшая с точки зрения электробезопасности, но самая дорогостоящая. При ее обустройстве необходимо прокладывать от трансформаторной подстанции пять жил при трехфазном и три жилы — при однофазном электропитании. Это увеличивает финансовые затраты по сравнению с системами TN-C и TN-C-S. Повторному заземлению подлежит РЕ проводник.
Воздушные линии электропередач
На опорах воздушных линий электропередач необходимо повторно заземлять PEN-проводник, идущий от трансформаторной подстанции. Это нужно делать, чтобы повысить электробезопасность участков ВЛ и для надежной работы автоматических выключателей.
Количество повторных заземлений на трассе воздушной линии определяется проектом электроснабжения.
Такое устройство обязательно применяется на опорах в конце воздушных линий электропередач, на опорах перед вводом в промышленное здание или частный дом, перед ответвлением от трассы ВЛ протяженностью более 200 м. Для монтажа используется подземная часть опоры. Если ее недостаточно, применяется дополнительный контур заземления, обычно состоящий из одного или двух заземлителей.
Спуск с верхнего конца опоры осуществляется проволокой диаметром 6 или 8 мм. Кроме PEN-провода, нужно заземлить все металлические элементы конструкции опоры. Сопротивление этого вида заземления не должно быть больше 30 Ом.
На опорах уличного освещения должно быть организовано заземление корпусов светильников и всех металлических частей опоры. Для этого используются специальные заземлители и заземляющие проводники. В городской черте не всегда имеется возможность установки стандартных вертикальных заземлителей, поэтому часто используются в качестве заземлителей горизонтальные полосы, заглубленные в землю.
После установки заземлителей обязательно контролируют сопротивление заземляющего устройства специальными приборами. Наличие такого заземления делает безопасным эксплуатацию опор уличного освещения.
Совместимость с устройствами отключения
Чтобы сделать работу человека максимально безопасной, ПУЭ рекомендует применять УЗО или дифавтоматы. Такие устройства можно применять в системе ТN-C-S, когда PEN-провод разделен на PE и N-проводники. Это разделение происходит в вводном электрощите на главной заземляющей шине. Причем подключение главной заземляющей шины производится к повторному заземлению или к заземленному на вводе в здание PEN-проводнику.
УЗО или дифавтомат реагирует на токи утечки в нагрузке. При появлении утечки в изоляции или при повышении влажности появляются токи утечки. При превышении определенного значения тока утечки УЗО обесточивает защищаемую цепь. Дифференциальный автомат обесточивает цепь при появлении в нагрузке короткого замыкания.
Применение устройства вторичного заземления нулевого провода влияет на время срабатывания автоматических выключателей. Чем ниже показатель сопротивления заземления, тем быстрее и надежнее сработает автоматический выключатель, а значит, выше безопасность человека при аварийных ситуациях в электрических сетях.
Нормы сопротивления заземляющих устройств
Сопротивление контура этого типа заземления — характеристика растекания тока при аварийных ситуациях в электрооборудовании. В соответствии с правилами устройства электроустановок сопротивление системы заземления должно быть нормированным.
Для опор воздушных линий электропередач и опор уличного освещения сопротивление заземления нулевого провода должно быть не более 30 Ом.
Повторное заземление нулевого защитного проводника
Повторное заземление нулевого защитного проводника — это заземление, выполненное через определенные промежутки по всей длине нулевого провода.
Повторное заземление позволяет снизить напряжение нулевого провода и зануленного оборудования относительно земли при замыкании фазы на корпус как при нормальном режиме, так и при обрыве нулевого провода.
При занулении фазные и нулевые защитные проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой проводник возникал ток короткого замыкания, обеспечивающий отключение автомата или плавление плавкой вставки ближайшего предохранителя.
Согласно ПУЭ, проводники зануления должны выбираться так, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой провод возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или номинальный ток расцепителя автоматического теплового выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику. При защите сети автоматическими выключателями с электромагнитными расцепителями кратность тока принимается равной 1,1; при отсутствии заводских данных — 1,4 для автоматов с номинальным током до 100 А, а для прочих автоматов 1,25.
Во взрывоопасных установках кратность тока должна быть не менее 4 при защите предохранителями, не менее 6 при защите автоматами с обратнозависимой от тока характеристикой и аналогично предыдущему при автоматах, имеющих только электромагнитный расцепитель. Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.
Должна обеспечиваться непрерывность нулевого провода от каждого корпуса до нейтрали источника питания. Поэтому все соединения нулевого провода выполняются сварными. Присоединение нулевого провода к корпусам электроприемников осуществляется сваркой или с помощью болтов.
В цепи нулевых защитных проводников не должно быть разъединяющих приспособлений и предохранителей.
При замыкании фазы на корпус в сети, не имеющей повторного заземления нулевого защитного проводника (см. рис.), участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса окажутся под напряжением относительно земли Uк, равным:
где Iк – ток КЗ, проходящий по петле фаза-нуль, А; zPEN– полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током Iк, Ом (т.
е. участка АВ).
Напряжение Uк будет существовать в течение аварийного периода, т. е. с момента замыкания фазы на корпус до автоматического отключения поврежденной установки от сети.
Если для упрощения пренебречь сопротивлением обмоток источника тока и индуктивным сопротивлением петли фаза-нуль, а также считать, что фазный и нулевой защитный проводники обладают лишь активными сопротивлениями RL1 и RPE, то (4.3) примет вид:
Если нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление с сопротивлением rП (на рис. 4.9 это заземление показано пунктиром), то Uк снизится до значения, определяемого формулой:
где Iз – ток, стекающий в землю через сопротивление rп, А; Uав – падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участке АВ; r0– сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника снижает напряжение на зануленных корпусах в период замыкания фазы на корпус.
При случайном обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва (при отсутствии повторного заземления) напряжение относительно земли участка нулевого защитного проводника за местом обрыва и всех присоединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных установок, окажется близким по значению фазному напряжению сети (рис.
4.10, а). Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключится, и ее будет трудно обнаружить среди исправных установок, чтобы отключить вручную.
Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при обрыве его сохранится цепь тока Iз, А, через землю (рис 4.10, б), благодаря чему напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до значений, определяемых формулой
При этом корпуса установок, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли:
где r0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом.
Итак, повторное заземление нулевого защитного проводника значительно уменьшает опасность поражения током, возникающую в результате обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва, но не может устранить ее полностью, т. е. не может обеспечить тех условий безопасности, которые существовали до обрыва.
Заземление нейтрали электроэнергетических систем
Рон Николас, руководитель службы эксплуатации
Заземлять или не заземлять – вот в чем вопрос. Прежде чем выбрать наилучший метод заземления нейтрали для вашей электрической системы, необходимо учитывать множество факторов. В этой статье обсуждаются требования и методы четырех различных методов заземления системы, чтобы помочь вам выбрать, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд.
Предыстория:
В начале 20 го века методы системного заземления ограничивались в основном только двумя вариантами: системы с глухим заземлением или незаземленные системы. Оба варианта имели свои преимущества и недостатки, а именно:
Твердое заземление Преимущество заключается в высоких уровнях тока короткого замыкания, что позволяет легко привести в действие защитные устройства.
Однако эти высокие токи короткого замыкания приводили к нежелательному высокоэнергетическому дуговому разряду в опасных зонах и могли вызвать проблемы с непрерывностью обслуживания для критических нагрузок. Оба этих недостатка заземленной системы привели к тому, что первые инженеры по энергосистемам стали рассматривать незаземленные системы.
Незаземленные системы предполагали, что они обеспечат лучшую непрерывность обслуживания при первом замыкании на землю, и есть некоторые данные, подтверждающие этот вывод. К сожалению, кратковременное перенапряжение в системе также может быть результатом повторных пробоев на землю в этой конфигурации. Из-за недостатков ни один из методов не может обеспечить идеальную защиту и непрерывность обслуживания во всех возможных обстоятельствах.
Этот спор «заземлять или не заземлять» с годами сменился другими альтернативными методами, доступными разработчику системы, которые могут обеспечить лучшую общую защиту и непрерывность обслуживания.
Эти другие методы будут рассмотрены в этом обсуждении.
Современные методы заземления системы
Важно начать с определения надежного заземления.
Твердое заземление служит постоянным и непрерывным токопроводящим путем к «земле» с достаточной мощностью, чтобы выдержать любой ток короткого замыкания, с достаточно низким импедансом, чтобы ограничить повышение напряжения над землей и облегчить работу защитных устройств в цепи. Эти функции снижают опасность поражения персонала электрическим током и ограничивают повреждение оборудования.
Системы с глухозаземленным заземлением сегодня наиболее часто встречаются в промышленных и коммерческих энергосистемах. Во многих случаях это предусмотрено статьей 250 NEC, а в других случаях он выбирается на основе чистой экономики. Это особенно верно, когда низковольтные (<600 вольт) однофазные нагрузки применяются к трехфазной системе, как это обычно бывает в коммерческих зданиях. В этих случаях однофазной нагрузки для правильной работы системы требуется глухозаземленная нейтраль.
Эта конфигурация системы используется, когда непрерывность обслуживания является главной задачей. В этой конструкции замыкание линии на землю может оставаться в системе, не вызывая прерывания обслуживания, пока неисправность локализована и устранена. Чем дольше сохраняется первая неисправность в системе, тем выше вероятность возникновения второй неисправности из-за повышенного на 73 % напряжения, воздействующего на остальную изоляцию системы. Переходные перенапряжения из-за повторных пробоев также могут создавать проблемы из-за этой конфигурации системы. Сегодня в некоторых случаях более эффективная общая защита может быть достигнута за счет правильно спроектированного заземления с высоким сопротивлением (обсуждается ниже). Важно помнить, что незаземленная система по-прежнему эффективно соединена с землей через емкостную сеть системы, но опасность поражения электрическим током все же может существовать.
2.
Заземленные системы с низким сопротивлением В этом методе резистор вставляется между нейтральной точкой системы и землей, чтобы ограничить ток короткого замыкания до значений, которые достаточно высоки для срабатывания защитных устройств, но недостаточно высоки для повреждения оборудования и наносят значительный экономический эффект. Поскольку полное сопротивление заземления является резистивным, переходные перенапряжения не являются проблемой. Этот метод нельзя использовать для низковольтных промышленных и коммерческих систем, поскольку неисправности не могут быть надежно обнаружены.
3. Заземленные системы с высоким сопротивлением Заземленные системы с высоким сопротивлением очень похожи на заземленные с низким сопротивлением, за исключением величины сопротивления. В этом случае сопротивление выбирается таким образом, чтобы ограничить типичный ток короткого замыкания до 10 А или менее. При такой малой величине неисправности оборудование не наносит заметного ущерба, и цепь может оставаться в эксплуатации до тех пор, пока не будет устранена неисправность.
При правильном проектировании он также может контролировать проблемы с напряжением, которые можно наблюдать в полностью незаземленной системе.
Последним из существующих методов является индуктивное реактивное заземление с использованием реактора заземления нейтрали. Они вставляются между нейтральной точкой системы и землей так же, как и резистивное заземление. Это лучше всего применяется к сплошным разломам недугового типа. Было показано, что он вызывает резонансные перенапряжения при дуговых замыканиях, которые очень типичны для многих распределительных систем, поэтому это необходимо учитывать при их применении.
Заключение
В заключение, необходимо учитывать множество факторов для выбора наилучшего или необходимого метода заземления нейтрали с целью обеспечения максимальной непрерывности цепи. Правила (NEC, IEEE и т. д.) и соображения безопасности являются приоритетом. Другие важные вопросы, требующие рассмотрения, если они прямо не регулируются нормативными актами, включают следующие пункты:
- Экологические соображения
- Типичные типы отказов системы
- Максимальный ток неисправности системы
- Стоимость оборудования
- Другие специфические нужды местоположения
- Бюджет проекта
Учет всех вышеперечисленных факторов и методов дает современным разработчикам систем лучшие варианты заземления и может привести к лучшим общим решениям проблем непрерывности и надежности цепи.
Чтобы получить профессиональную оценку и рекомендации, свяжитесь с компанией Southwest Electric Co. Мы поможем вам выбрать наилучший метод защиты вашей электрической системы.
Продолжение обучения
Мы призываем вас продолжать поиск лучших способов выбора и обслуживания вашего оборудования. Посетите нашу библиотеку статей, чтобы узнать важную информацию о трансформаторах, распределительных устройствах, двигателях, полевых услугах и многом другом!
Повторное заземление ВЛИ: схема, видео, нормативы ПУЭ
Повторное заземление ВЛИ — преднамеренное присоединение нулевого провода к заземляющему устройству в электроустановках до 1 кВ, которое может находиться в электрической связи с заземляющим устройством источника питания. ВЛИ — это ВЛ на опорах из железобетона или дерева с самонесущими изолированными проводами (СИП) Ниже мы расскажем читателям сайта my.
- Типы опор
- Деревянный
- Железобетон
- Повторное заземление Цель
- Полезные советы
Типы опор
Деревянные
Деревянные столбы в настоящее время применяются ограниченно, в основном в малонаселенных районах. Они имеют такие преимущества, как низкая себестоимость изготовления и простота монтажа, малый вес, высокая устойчивость к нагрузкам. Кроме того, дерево является хорошим диэлектриком, что повышает безопасность эксплуатации. К недостаткам деревянных опор можно отнести необходимость подбора бревен для одной ВЛ с одинаковыми диаметрами для обеспечения одинакового распределения нагрузки, высокую подверженность механическим повреждениям и быстрый износ древесины в процессе эксплуатации. Для устранения негативного воздействия окружающей среды и уменьшения процессов гниения деревянные опоры пропитывают или покрывают специальными составами.
Делают опоры из хвойного дерева. Диаметр бревен и длина подбирается по классу опоры. Классификация опор производится таким образом, бревно определенного диаметра верхнего конца и определенной длины должно иметь соответствующий вес или объем. Деревянные опоры могут быть класса L, M или S
Опоры ВЛ до 1 кВ должны иметь диаметр не менее 14 см. Высота опор от 6 до 13 метров. В зависимости от класса древесины и ее кубатуры опоры могут весить от 180 до 350 кг.
Железобетон
Железобетонные опоры более прочные и устойчивые, чем деревянные. Срок их износа значительно больше, чем у деревянных опор, поэтому они наиболее распространены при строительстве ВЛ разного уровня напряжения.
Опоры железобетонные изготавливаются из железобетона, перед изготовлением рассчитываются в зависимости от того, какую роль будет играть опора в ВЛ. Требования к распределению нагрузки установлены ГОСТ I ПУЭ.
Железобетонные опоры классифицируют в следующем порядке:
- специальные — предназначенные для определенных условий: климатические, при преодолении препятствий, на пересечениях ВЛ и др.
; - концевые — устанавливаются в конце ВЛ;
- угловой — использовать на ВЛ; анкер
- — осуществлять натяжение проводов на прямых участках;
- промежуточный — поддерживать, но не тянуть провода.
;Опоры железобетонные применяются на всех ВЛ — как с обычными проводами, так и со СИП.
На фото ниже показан внешний вид железобетонной опоры.
Применяются следующие железобетонные конструкции:
- КБ 105;
- CV 110;
- КБ 95;
- Резюме 85.
Для выполнения вторичного заземления PEN-проводника с обеих сторон опоры приваривается арматура. Это делается для выполнения требований ПУЭ (п. 2.4.40, см. главу 2.4): «PEN-проводник должен быть присоединен к арматуре железобетонных стоек и стоек».
Повторное заземление Назначение
Повторное заземление ВЛИ необходимо в целях обеспечения нормальной электробезопасности при эксплуатации ВЛ. Согласно п. 2.4.
При трансформаторной подстанции с глухозаземленной нейтралью в целях обеспечения требуемой электробезопасности необходимо создание электрического соединения с заземлением по всей системе. Для опор повторно заземляют грозозащитный провод — это обеспечивает надежное соединение PEN-проводника с заземляющим устройством Схема следующая:
В ПУЭ указано, что под повторным заземлением ВЛИ понимается погружение в землю PEN- или PE-проводника воздушной линии электропередачи с изолированными проводами.
Важно! Цепь повторного заземления выполняется на подпоре без вводного устройства или вводного щита (ВСК). Он крепится к вводному автомату или к комбинированному выключателю.
Защитный и рабочий нулевые провода присоединяются в верхней части железобетонной стойки (железобетонного столба) к арматурному отводу.
Если есть подкосный столб, то крепить надо к нему, а не только к основному.
На фото ниже показано, как выполнить повторное заземление ВЛИ магистрального проводника с помощью прокалывающего зажима на проходной, без отвода. Выполнить это необходимо на каждой третьей опоре ВЛ и на опоре, ведущей к жилому дому.
На опорах при монтаже может быть выполнен заземляющий спуск из проволоки или стального проката. Также может отсутствовать. На рисунке ниже представлена конструкция опоры с заземляющим спуском.
- 1 — точка сварки;
- 2 — заземлители;
- 3 — спуск.
Как правило, изготавливается из металлической проволоки. Все это крепится к штыревому электроду, который вбивается в землю. Если проволока больше 6 мм в диаметре, то желательно, чтобы она была из оцинкованного металла, а если меньше 6 мм — из черного металла с нанесенным антикоррозийным средством.
Согласно правилам устройства электроустановок, если проводники PEN повторно заземлялись на деревянном сооружении, то все штыри и крюки металлической опоры должны быть полностью заземлены.
Если на деревянном или железобетонном столбе не организован повторный заземляющий контур, то ничего делать не нужно (ПУЭ 2.4.41).
Электрооборудование из металла, расположенное на опорах, должно быть заземлено отдельными проводами. Это оборудование, такое как панели высокого напряжения, молниезащита или защита от высокого напряжения. В случае трансформатора с заземленной нейтралью сопротивление вторичного заземлителя должно быть не более 30 Ом.
Обратите внимание! Для частного жилья повторная защита PEN-проводников ВЛИ не освобождает от установки специального заземляющего контура. О том, как сделать заземление в доме своими руками, мы рассказали в соответствующей статье!
Полезные советы
При необходимости повторного заземления ВЛИ от трансформаторной подстанции до жилого дома на расстоянии 800 м его следует выполнять в следующих местах:
- на опорах ВЛ, которые расположены возле трансформаторной подстанции и возле дома;
- на анкерные опоры ВЛ;
- на опоре на расстоянии 100 метров от основной опоры, имеющей заземление.
