 |
Выбор системы заземления нейтрали при питании ответственных потребителей
|
|
|
|
Электрические сети напряжением до 1 кВ с разными системами заземления значительно отличаются друг от друга по степени бесперебойности электроснабжения потребителей, условиям и способам обеспечения электробезопасности, требованиям к заземляющим устройствам, простоте и удобству проектирования и эксплуатации [6]. В [7,8] приводится сравнительный анализ сетей TN, IT и TT.
Тип системы заземления обозначают двумя буквами. Первая буква указывает на характер заземления источника электропитания:
· Т — непосредственная связь нейтрали источника электропитания с землей;
· I — нейтраль источника электропитания изолирована или соединена с землей через большое сопротивление.
Вторая буква определяет состояние заземления:
· Т — раздельное (местное) заземление источника электропитания и электрооборудования;
· N — источник электропитания заземлен, а заземление потребителей производится только через PEN-проводник.
Система заземления TN
В системе TN питающие сети имеют непосредственно присоединенную к земле точку. Открытые проводящие части электроустановки присоединяются к этой точке посредством нулевых защитных проводников.
В зависимости от устройства нулевого рабочего и нулевого защитного проводников различают следующие три типа системы TN:
· Система TN-C (рисунок 1.3) — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем ее протяжении;
· Система TN-S (рисунок 1.4) — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем ее протяжении;
· Система TN-C-S (рисунок 1.5) — система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания.
|
|
|
Рисунок 1.3 – Система TN-С
1 — заземление источника питания; 2 — открытые проводящие части
Рисунок 1.4 – Система ТN-S
1 — заземление источника питания; 2 — открытые проводящие части
Рисунок 1.5 – Система TN-С-S
1 — заземление источника питания; 2 — открытые проводящие части
Однофазные замыкания сетях с системой заземления TN должны автоматически отключаться с помощью защиты от сверхтоков, для чего ток однофазного КЗ должен быть достаточно большим, а сопротивление петли фаза-нуль — весьма малым. Надежность срабатывания защиты от сверхтоков обеспечивается при проектировании путем расчета, а в период эксплуатации — путем измерения сопротивления петли фаза-нуль. Прямое прикосновение в сетях с системой TN всегда опасно, так как напряжение прикосновения равно фазному напряжению сети, но и косвенное также может быть опасно.
Преимущества сетей с системой TN:
· возможен отказ от УЗО;
· экономия средств при схеме TN-C благодаря устранению одного полюса выключателей и одного проводника;
· не требуется постоянный эксплуатационный надзор.
Однако для сети с системой TN характерны низкая степень бесперебойности электроснабжения вследствие отключения питания при однофазном замыкании на корпус (60 - 85 % всех повреждений в сети) и большой ток однофазного КЗ, часто являющийся причиной пожара. Кроме того, из-за необходимости проверки сопротивления петли фаза-нуль при проектировании и эксплуатации персонал должен иметь достаточно высокую квалификацию.
В настоящее время согласно [9] электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы ТN (следует отметить, что в 1.1.17 [9] словосочетание «как правило» означает, что данное требование является преобладающим, а отступление от него должно быть обосновано).
|
|
|
Cистема TN нашла широкое распространение в Англии, Германии и США. Эта система позволяет иметь только одну защиту сети (защиту от сверхтоков), которая действует при всех видах КЗ, но большой ток однофазного КЗ является ее главным недостатком. Поэтому данную систему не следует рекомендовать, например, для питания потребителей, где существует высокая пожарная опасность.
Система заземления IT
В сети с системой заземления IT (рисунок 1.6) нейтраль изолирована от земли или присоединена к ней через большое сопротивление, а корпуса соединены между собой и с землей. Прямое прикосновение здесь может быть опасно при большой емкости сети или при плохой изоляции, косвенное же прикосновение безопасно, поскольку ток однофазного замыкания весьма мал.
Рисунок 1.6 – Система IT
1 — сопротивление; 2 — заземление источника питания; 3 — открытые проводящие части; 4 — заземление корпусов оборудования
При первом замыкании (единственном однофазном замыкании в сети) быстрое отключение не требуется. Первое замыкание сигнализируется с помощью устройства контроля изоляции, включенного между нейтралью и землей. Получив сигнал, персонал отыскивает повреждение и устраняет его в удобное для потребителей время. При двойном замыкании установка автоматически отключается с помощью защиты от сверхтоков. Надежность отключения при таком замыкании обеспечивается путем расчетов (при проектировании) или замеров сопротивления петли фаза–нуль (при эксплуатации).
Преимущества сети с системой IT:
· высокая степень бесперебойности электроснабжения и электробезопасности как при прямом, так и при косвенном прикосновениях (при условии хорошей изоляции остальных фаз и нейтрали);
· наименьшая опасность пожара;
· возможен отказ от УЗО.
Наряду с указанными преимуществами имеются следующие недостатки:
· необходим эксплуатационный надзор;
· персонал должен иметь достаточно высокую квалификацию для отыскания места первого замыкания на корпус и не допускать длительной работы сети с заземленной фазой или нейтралью;
· требуется высокий уровень изоляции сети, для чего протяженные сети делят на участки, электроприемники с плохой изоляцией подключают через разделительные трансформаторы и т. п.;
|
|
|
· прямое прикосновение в поврежденной (с заземленной фазой), но работающей сети более опасно, чем а сетях с системами ТТ и TN, поскольку напряжение прикосновения равно линейному напряжению сети;
· велика вероятность дуговых перенапряжений, связанных с появлением перемежающейся дуги при однофазном замыкании на землю и приводящих к переходу однофазного замыкания в двух- и трехфазное;
· при однофазном замыкании трёхфазные потребители работают при линейном напряжении, соответственно, потребители должны быть готовы к работе в таком режиме.
Автоматическое отключение должно происходить только при двойном замыкании. В этом случае напряжение косвенного прикосновения может быть опасным. Защита от сверхтоков должна обеспечить отключение хотя бы одного из двух поврежденных участков.
Если нейтральный провод не распределен по сети (распределены три фазы и РЕ-проводник), то ток двойного замыкания I к — это ток двухфазного (междуфазного) КЗ. Если рабочий нейтральный провод распределен, то возможно двойное замыкание между нейтральным и фазным проводами (однофазное КЗ), тогда ток I к — ток однофазного КЗ (он меньше тока междуфазного КЗ). Кроме того, этот ток может быть примерно вдвое меньше соответствующего тока в аналогичной сети TN. Если два электроприемника, в которых произошли замыкания на корпус (в первом — фазы, во втором — нейтрали) равноудалены от источника питания, то длина и сопротивление петли фаза–нуль будут вдвое больше, чем для одного электроприемника в сети с системой TN, а ток I к — примерно вдвое меньше (сопротивлением источника пренебрегаем). Именно этот ток должен быть принят за расчетный для проверки автоматического отключения.
В сети с системой IT необходима установка пробивного предохранителя между нейтралью трансформатора и землей (или между фазой и землей, если нейтраль недоступна) - п. 1.7.63 ПУЭ [9]. Он предназначен для защиты сети НН от опасного повышения напряжения в случае пробоя изоляции между первичной и вторичной обмотками трансформатора.
|
|
|
Система IТ обеспечивает самую высокую степень бесперебойности электроснабжения, пожаро- и электробезопасности, но это не означает, что ее нужно использовать во всех случаях [10,11,12].
Система IT применяется во всех развитых странах в сетях, используемых для питания потребителей с высокими требованиями к бесперебойности и электробезопасности, например, в системах питания аэропортов, госпиталей, информационно-вычислительных центров.
Система заземления TT
В сети с системой ТТ (рисунок 1.7) нейтраль источника питания глухо заземлена, а корпуса оборудования соединены между собой и подключены к другому заземляющему устройству. При однофазном замыкании защита от сверхтоков не может обеспечить его автоматическое отключение, так как ток замыкания ограничен двумя сопротивлениями заземляющих устройств (корпусов и нейтрали источника), включенными последовательно. В такой сети прямое прикосновение всегда опасно, поскольку напряжение прикосновения равно фазному напряжению сети, но и косвенное прикосновение также может быть опасно. Для автоматического отключения однофазных замыканий необходима установка хотя бы одного УЗО в начале сети, а лучше — на всех отходящих линиях (п. 1.7.59 ПУЭ [9]).
Рисунок 1.7 – Система TT
1 — заземление источника питания; 2 — открытые проводящие части; 3 — заземление корпусов оборудования
Преимущества сети с системой ТТ:
· простота эксплуатации (не требуется проверка сопротивления петли фаза–нуль с целью обеспечения срабатывания защиты от сверхтоков, достаточно лишь периодически проверять исправность УЗО);
· отсутствие необходимости постоянного эксплуатационного надзора;
· меньшая по сравнению с сетью TN опасность возникновения пожара и порчи оборудования, поскольку ток однофазного замыкания невелик.
Вместе с тем для этой сети характерна низкая степень бесперебойности электроснабжения вследствие отключения питания при однофазном замыкании на корпус (60 - 85 % всех повреждений в сети). Кроме того, в них обязательно применение УЗО, стоимость которых довольно высокая, а отключения будут происходить часто.
В настоящее время согласно п. 1.7.59 ПУЭ [9] применение системы ТТ допускается "только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены".
Система ТТ наиболее проста в проектировании и эксплуатации, обеспечивает сравнительно небольшой ток однофазного КЗ, что благоприятствует пожарной безопасности и сохранности электрооборудования, но требует большого количества УЗО. Она широко распространена в странах Западной Европы (кроме Англии и Германии) и в Японии [13].
|
|
|
При выборе режима нейтрали учитывают отличительные особенности разных режимов и местные условий, в частности:
· техническую характеристику электроустановки;
· эксплуатационные требования и условия;
· условия обеспечения безопасности персонала.
|
|
|
