Системы заземления

/ Электрика
Системы заземления характеризуют метод заземления установки за вторичной обмоткой трансформатора высокого/низкого напряжения и средства, используемые для заземления открытых проводящих частей питаемого низковольтного электроприемника (ЭП).
Выбор этих методов определяет меры, необходимые для защиты от опасности косвенного прикосновения.

Разработка системы заземления требует от проектировщика электрической распределительной системы или установки определения с выбором трех независимых исходных параметров:

  • Тип соединения электросистемы (как правило, нейтраль) и открытых частей с заземляющими устройствами.
  • Использование отдельного защитного проводника или защитного проводника, совмещенного с нейтралью.
  • Использование защиты максимального тока для отключения больших токов замыкания на землю или использование дополнительных реле, способных обнаруживать и отключать небольшие токи замыкания на землю.

На практике эти решения сгруппированы и стандартизированы, как разъясняется ниже. Каждое из них обеспечивает стандартные системы заземления с тремя преимуществами и недостатками:

  • Присоединение открытых проводящих частей оборудования и нейтрали к РЕ-проводнику приводит к выравниванию потенциалов и снижению перенапряжений, но при этом – к повышению токов замыкания на землю.
  • Отдельный защитный проводник стоит довольно дорого даже при малой площади поперечного сечения, но намного менее подвержен воздействию перепадам напряжений, гармоникам и т.д., чем нейтраль. Кроме того, предотвращаются токи утечки в сторонних проводящих частях.
  • Реле токовой защиты нулевой последовательности или устройства контроля изоляции намного более чувствительны и позволяют во многих случаях отключать замыкания на землю до возникновения более серьезных повреждений (двигатели, пожары, поражение электрическим током). Кроме того, эта защита не зависит от изменений (расширений) существующей установки.

Система ТТ (заземленная нейтраль)

Одна точка источника питания соединяется непосредственно с землей. Все открытые и сторонние проводящие части соединяются с отдельным заземляющим устройством установки. Электрод может быть как электрически независимым от заземляющего устройства источника, так и нет. Две зоны растекания электродов могут перекрываться без влияния на работу устройств защиты.

Рис. E3 : Система TТ

Системы заземления TN (открытые проводящие части, соединенные с нейтралью)

Источник заземляется аналогично системе ТТ (выше). На установке все открытые и сторонние проводящие части соединяются с нейтралью (зануляются). Несколько вариантов системы TN показаны ниже.

Система заземления TN-C

Нейтраль служит также в качестве защитного проводника и обозначается PEN (защитный заземляющий нейтральный проводник). Эта система не допускается для проводников сечением менее 10 мм2 или передвижного оборудования.

Система TN-C требует эффективной эквипотенциальной среды в пределах установки с рассредоточением заземляющих электродов как можно более равномерно, поскольку PEN-проводник является нейтралью и проводит токи несимметрии фаз, а также токи третьей гармоники (и кратные им).

Поэтому PEN-проводник должен присоединяться к нескольким заземляющим электродам на установке.

Предупреждение: в системе TN-C функция защитного проводника имеет более высокий приоритет, чем «функция нейтрали». В частности, PEN-проводник должен всегда подсоединяться к заземляющему зажиму нагрузки с использованием перемычки для подсоединения этого зажима к нейтральному выводу.

Рис. Система TN-C

Система заземления TN-S

Система TN-S (5-проводная) обязательна для цепей с площадью поперечного сечения менее 10 мм2 и для передвижного оборудования.

Защитный проводник и нейтраль разделены. В подземных кабельных системах, в которых используются освинцованные кабели, защитным проводником является, как правило, свинцовая оболочка.

Рис. Система TN-S

Система заземления TN-C-S

Системы TN-C и TN-S могут использоваться в одной установке. В системе TN-C-S система TN-C (4-проводная) не должна использоваться ниже системы TN-S (5-проводная), поскольку любой случайный обрыв нейтрали перед ней приведет к обрыву в защитном проводнике после нее, что опасно.

Рис. Система TN-C-S

Рис. Присоединение проводника PEN в системе TN-C

Система IT (изолированная нейтраль или нейтраль, заземленная через активно-реактивное сопротивление)

Система IT (изолированная нейтраль)

Не выполняется специальное соединение между нейтральной точкой источника питания и землей.

Рис. Система IT (изолированная нейтраль)

Открытые и сторонние проводящие части установки соединяются с заземляющим электродом. На практике все цепи имеют сопротивление утечки на землю, поскольку не существует идеальной изоляции. Наряду с этим распределенным путем резистивной утечки, существует распределенный путь емкостного тока. Вместе два пути составляют нормальное сопротивление утечки на землю.

Рис. Система IT (изолированная нейтраль)

В низковольтной 3-фазной 3-проводной системе 1 км кабеля имеет сопротивление утечки в силу конденсаторов C1, C2, C3 и резисторов R1, R2 и R3, эквивалентное полному сопротивлению заземления нейтрали (Zct) 3000 – 4000 Ом без учета фильтрующих емкостей электронных устройств.

Рис. Полное сопротивление, эквивалентное сопротивлениям утечки в системе IT

Система IT (нейтраль, заземленная через активно-реактивное сопротивление)

Полное сопротивление Zs (порядка 1000 – 2000 Ом) постоянно подсоединено между нейтральной точкой низковольтной обмотки трансформатора и землей. Все открытые и внешние проводящие части подсоединены к заземляющему электроду. Такой способ заземления источника питания служит для фиксации потенциала сети относительно земли (Zs мало в сравнении с сопротивлением утечки) и снижения уровня перенапряжений (например, импульсы напряжения, передаваемые с обмоток среднего напряжения, статические заряды и т.д.) относительно земли. Однако, при этом возникает незначительное повышение уровня тока первого замыкания.

Рис. Система IT (нейтраль, заземленная через активно-реактивное сопротивление)