Системы заземления объектов электроснабжения

Аннотация

Konusarov V., Tarasova E. Системы заземления объектов электроснабжения. Данное исследование направлено на определение некоторых рекомендаций по выбору типа заземляющей системы для источника питания. Были рассмотрены режимы работы сетей 0,4 кВ, одобренные Международной электротехнической комиссией (МЭК), и определены их преимущества и недостатки. Критерии сравнения были основаны на условиях безопасности человека от поражения электрическим током при пробое изоляции на корпусе электрооборудования, возможностях расширения сети и источника бесперебойного питания. Также было учтено реальное применение нейтральных режимов и возможность установки защитных устройств. Все предлагаемые рекомендации планируется применить для модернизации городских сетей и расчета заземления с использованием специального программного обеспечения.

1. Введение

Заземление является одним из важнейших технологических методов защиты от поражения электрическим током. Надежная защита объектов электроснабжения от различного рода перенапряжений требует создания эффективной системы заземления электроустановок и выравнивания потенциалов на них. Данная работа посвящена системам заземления элементов городских распределительных сетей. В этих сетях в последнее время наблюдаются возрастающие тенденции к разделению защитных и нулевых проводников, этот переход позволяет защитить от импульсных перенапряжений, а также является более надежным с точки зрения электробезопасности [1]. Кроме заземления и выравнивания потенциалов значительное влияние оказывают защитные устройства, схемы коммутации которых зависят от режима работы нейтралей. Более подробно рассмотрены способы заземления городских распределительных сетей напряжением 0,4 кВ и питающей подстанции 10/0,4 кв.

2.1 режимы работы нейтрали в сетях 0,4 кВ

Технические особенности электроустановок и их электросетей обуславливают применение различных типов систем заземления. В этом случае тип системы заземления – это положение относительно земли нейтрали подстанции и нейтрали электроустановки. МЭК обеспечивает применение трех нейтральных и проводящих режимов работы деталей.

Талица 1. Режимы работы нейтрали.

Тип системы заземления	Описание
TN	Нейтрали подстанций надежно заземлены. Корпуса электроустановок подключаются к нейтральному проводнику
ТТ	Нейтрали подстанций нейтральные и электрические установки твердо заземлены и не соединены
IT	Нейтрали подстанций изолированы. Нейтрали электрических установок намертво заземленные

Режим заземления нейтрали TN делится на 3 типа, Таблица 2.

Талица 2. Типы режимов заземления нейтрали TN

Тип системы заземления	Описание
TN–С	Нулевые защитные и нейтральные проводники объединены в один проводник по всей своей длине
TN–S	Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены
TN–C–S	Нулевые защитные и нейтральные проводники подсоединены к глухозаземленной нейтрали, и после этого, при входе в здание, отделены

Способ заземления нейтрали во многом определяет:

• Условия безопасности в электрических сетях, защита от опасности поражения электрическим током;
• Способ ограничения перенапряжения;
• Электромагнитная совместимость в нормальном и аварийном режимах;
• Пожарная безопасность;
• Токи с однофазными неисправностями, возможность повреждения, выбор электрооборудования;
• Бесперебойность электропитания;
• Проектирование и эксплуатация сети.

Следует отметить преимущества и недостатки существующих режимов нейтральной работы в сетях 0,4 кВ, выбрав критерии, перечисленные выше, в качестве критериев сравнения.

2.1.1 Сеть TN–C

Сети с этим нейтральным режимом работы наиболее распространены в России. Диаграмма сети показана на рисунке 1.

Электробезопасность при непрямом контакте в этом случае обеспечивается отключением предохранителя или выключателя. Если неисправность удалена от источника, время ее устранения увеличивается, в этом случае возрастает опасность поражения электрическим током. Для обеспечения электробезопасности защита от короткого замыкания должна быть отключена в течение времени менее 0,2 С, что обеспечивается предохранителями и автоматическими выключателями только в случае

Таким образом, при косвенном контакте при удаленных неисправностях нейтраль TN–C небезопасна. Следует отметить, что проектирование сетей такого типа требует измерения или расчета сопротивлений всех соединений и петли с фаза–нуль для их настроек защиты, а при изменении параметров сети необходимо произвести пересчет, чтобы обеспечить надежность защиты.

Самым большим недостатком сети TN–C является невозможность функционирования устройства защитного отключения (RCD) [2]. Пожаробезопасность этой сети низкая. Это связано со значительными токами однофазной неисправности и, как упоминалось выше, со слабой чувствительностью защиты к удаленному повреждению. Для сетей TN–C характер электромагнитных помех типичен, даже в нормальном режиме происходит падение напряжения в нулевом проводе [2].

Эта система заземления использовалась в Советском Союзе, и теперь ее можно найти в домах, принадлежащих старым зданиям. Сегодня она также используется в сетях уличного освещения, где степень риска минимальна.

2.1.2 Сеть TN–S

Разделение рабочего и защитного нулевых проводников не обеспечивает электробезопасность при непрямом контакте, аналогичном сети TN–C. Преимуществом данной сети является возможность использования УЗО, это усиливает электрическую сеть. Пожаробезопасность сети TN–S из-за действия УЗО значительно выше по сравнению с сетями TN–C. Что касается бесперебойности электроснабжения, то они аналогичны.

С точки зрения проектирования, настройки и поддержки защиты сети TN–S не имеют существенных преимуществ по сравнению с сетями TN–C, кроме того, они значительно дороже из-за установки УЗО и наличия пятого провода. Это заземление TN–S впервые появилось в Европе и до сих пор используется там. В России сети TN–S используются при строительстве многоэтажных зданий.

2.1.3 Сеть TN–C–S

Сеть TN–C–S представляет собой комбинацию сетей TN–C и TN–S. Сеть TN–C–S характеризуется всеми преимуществами и недостатками, отмеченными выше двух предыдущих сетей. Система заземления TN–C–S используется в городских зданиях; проводники разделены в подвале здания и работают отдельно в подъемах.

2.1.4. Сеть TT

Сеть TT характеризуется тем фактом, что нейтраль источника питания и проводящие части электрических приемников намертво заземлены, через неподключенные проводники, схема показана на рисунке 4.

Что касается электрической сети, то однофазная неисправность проводящего тела определяет напряжение на нем, определяемое отношением заземляющего резистора питающей подстанции и местного заземления.

TT заземления не обеспечивает безопасность от косвенного контакта, поэтому использование УЗО необходимо. Пожарная безопасность сетей такого типа выше, чем в сетях TN–C. Это обусловлено более низкими значениями однофазного тока короткого замыкания и использованием УЗО. Бесперебойный источник питания не обеспечивается. Электромагнитные помехи значительно ниже; сумма ущерба в аварийном режиме невелика [3].

С точки зрения конструкции, использование УЗО устраняет проблему ограничения длины PE проводника, нет необходимости знать полное сопротивление петли фаза-нуль, возможно расширение сети без пересчета токов короткого замыкания. Сети ТТ широко распространены в сельской местности из-за низкого качества опор линий электропередач; они также используются в частных зданиях и в городских условиях для электрификации временных потребителей.

2.1.5 Сеть IT

Другими словами, IT сеть можно назвать сетью с изолированной нейтралью. Схема системы заземления IT-сети приведена на рисунке 5.

IT–сети наиболее электрически безопасны; напряжение с непрямым контактом практически отсутствует. Возгорание этих сетей по сравнению с рассмотренными выше значительно выше; оно вновь связано с малыми значениями тока короткого замыкания. IT–сети характеризуются бесперебойной работой, однофазным замыканием на землю или токопроводящим корпусом оборудования, не требующим немедленного отключения.

Следует отметить, что во время работы сети могут возникать трудности, связанные с местом расположением неисправности. Сегодня они широко применяются в опасных отраслях промышленности, где важна электрическая и пожарная безопасность. Также ИТ-сети часто используются при строительстве частных домов.

3. Рекомендации по выбору типа сети

Можно сделать следующие рекомендации по выбору типа сети:

В качестве рекомендаций по выбору сети можно сделать следующие выводы:

1. Сети TN–S и TN–C–S характеризуются низким уровнем электробезопасности, пожарной безопасности и значительными электромагнитными помехами.

2. Сети TN–S могут быть рекомендованы для выбора в случае, если не планируется их изменение.

3. Сети TT должны быть использованы для того чтобы поставить временные или переменные электрические установки.

4. IT–сети рекомендуется использовать, если это абсолютно необходимо для обеспечения бесперебойного питания.

4. Заключение

Каждый из перечисленных выше режимов заземления нейтрали не является универсальным. Поэтому проектирование сети должно основываться на преимуществах и недостатках. Также следует провести технико-экономическое сравнение и сделать выбор в пользу определенного режима заземления.

Существуют также случаи совместного использования сетей, например, когда часть потребителей питается от сети TN–S, а другая часть подключается через разделительный трансформатор к IT–сети.

Список использованной литературы

1. A.V. Kabyshev, Lightning protection of electrical installation systems (TPU, Tomsk, 2006) [in Russian]
2. Rules of Electrical Facilities Maintenance (RF Ministry of Energy, 2003) [in Russian]
3. S.V. Petukhov, S.V. Butakov, V.V. Radyushin, Calculation of the grounding device (MSU, Arkhangelsk, 2011) [in Russian]