Системы заземления электрических сетей

Системы электроснабжения классифицируются Международной электротехнической комиссией (МЭК) в зависимости от способа заземления распределительной сети и применяемых мер защиты от поражения электрическим током. Распределительные сети подразделяются на сети с заземленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью.

Стандарт МЭК-364 подразделяет распределительные сети, питающие здания и сооружения, в зависимости от конфигурации токоведущих проводников, включая нулевой рабочий (нейтральный) проводник, и видов систем заземления. При этом используются следующие обозначения.

Первая буква характеризует связь с землей токоведущих проводников:

—I (isolate — изолированный) показывает, что токоведущие проводники изолированы от земли;

—Т (terra — земля) показывает, что токоведущие проводники хотя бы одной точкой связаны с землей (заземленные сети).

Вторая буква характеризует связь с землей ОПЧ и СПЧ:

—Т показывает, что ОПЧ и СПЧ связаны с землей (заземлены);

—N (neutral — нейтральный) показывает, что ОПЧ и СПЧ связаны с заземленной точкой сети посредством нулевого рабочего (N) или нулевого защитного (РЕ) проводников, при этом предполагается, что возможно совмещение в одном проводнике нулевого рабочего и нулевого защитного проводников (PEN).

Последующие буквы (если таковые имеются) характеризуют устройство нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

—S (selective — разделенный) — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников обеспечиваются раздельными проводниками;

—С (complete — общий) — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников объединены в одном проводнике (PEN-проводник).

Под сторонними проводящими частями (СПЧ) будем понимать проводящие части, которые не являются частью ЭУ, но на них может появиться электрический потенциал при определенных условиях.

Открытые проводящие части (ОПЧ) — это НТВЧ электроустановки, доступные прикосновению, которые могут оказаться под напряжением при нарушении изоляции ТВЧ.

Расшифруем более подробно указанные обозначения систем заземления электрических сетей.

Первая буква (I или T). Первая буква I означает, что все ТВЧ изолированы от земли, либо одна точка сети связана с землей через сопротивление, через разрядник или воздушный промежуток.

Сети с изолированной нейтралью (I) могут быть:

—малыми сетями, такими как сети безопасного сверхнизкого напряжения (БСНН или SELV) с электрическим отделением с помощью разделительных трансформаторов;

—средними сетями, которые используются для питания отдельных цехов;

—распределительными сетями, используемыми для питания целых районов города, такие как трехфазные сети напряжением 230 В (система IT). В прошлом в Европе в основном использовалась система IT, но затем она была практически полностью заменена на системы с заземленной нейтралью.

Первая буква Т указывает на прямую связь, по меньшей мере, одной точки сети с землей (terra). Например, питаемая от вторичной обмотки трансформатора, соединенной в звезду, трехфазная распределительная сеть с нулевым проводником напряжением 127/220 В или 220/380 В с нейтралью, соединенной с землей через заземляющее устройство. Специальные требования, предъявляемые к заземляющим устройствам в зависимости от типа сетей, будут рассмотрены в последующих главах.

Вторая буква (Т или N) означает тип соединения между ОПЧ, защитным заземляющим проводником (заземление оборудования) ЭУ и землей.

Вторая буква Т означает прямое соединение между ОПЧ, СПЧ и землей, независимое от системного заземления, которое может содержать или не содержать ТВЧ системы.

Вторая буква N означает прямое соединение ОПЧ и СПЧ с заземленной точкой (точками) сети посредством PEN- или PE-проводника (РЕ — protecte eath — защитная земля). Сетевое заземление (заземление какой-либо точки электрической сети с землей) и защитное заземление как меру защиты от поражения электрическим током необходимо рассматривать независимо друг от друга. ТВЧ сети соединяются с землей для ограничения напряжения, которое может появиться на них в результате прямого удара молнии или вторичных проявлений молнии (индуцированные волны перенапряжений), а также в результате непреднамеренного контакта с линиями более высокого напряжения или в результате пробоя изоляции токоведущих частей распределительной сети.

Причины, по которым не соединяют ТВЧ распределительной сети с землей, следующие: во избежание перерыва питания потребителя при единственном повреждении (пробой изоляции на землю ТВЧ распределительной сети); во избежание искрообразования во взрыво- и пожароопасных зонах при единственном повреждении изоляции ТВЧ сети.

Рис. 1.8. Электрическая сеть с системой заземления TN-C-S (в начале сети нулевой рабочий и нулевой защитный проводники объединены):

1 — рабочее заземление источника питания; 2 — открытые проводящие части (корпуса ЭУ); А1, А2 — электроустановки; F — предохранители

Рис. 1.9. Электрическая сеть с системой заземления TN-С (нулевой защитный и нулевой рабочий проводники объединены по всей длине сети):

1 — рабочее заземление источника питания; 2 — открытые проводящие части (корпуса ЭУ); Al, А2 — электроустановки; F — предохранители

Заземление ЭО, а точнее, заземление ОПЧ, является одной из многочисленных мер, которые могут быть использованы для защиты от поражения электрическим током. Заземление ОПЧ предполагает создание эквипотенциальной среды, что снижает вероятность появления напряжения на теле человека.

В системе TN заземление ОПЧ обеспечивает создание для тока замыкания цепи с низким сопротивлением. Это облегчает работу устройств защиты от сверхтока.

На рис. 1.8-1.12 представлены схемы трехфазных сетей различных систем заземления.

Система TN

Питающие сети системы TN имеют непосредственно присоединенную к земле точку. Открытые проводящие части ЭУ присоединяются к этой точке посредством нулевых защитных проводников.

Система TN-C-S — функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников объединены в одном проводнике в части сети ( рис. 1.8).

В зависимости от устройства нулевого рабочего и нулевого защитного проводников различают несколько типов систем заземления электрических сетей.

Рис. 1.10.Электрическая сеть с системой заземления TN-S (НРП и НЗП работают раздельно): а — сеть с нулевым рабочим (N) и защитным
(РЕ) проводниками; б — сеть только с нулевым защитным проводником(РЕ);

1 — рабочее заземление источника питания; 2 — ОПЧ (корпуса ЭУ); А1, А2 > АЗ —электроустановки

Рис. 1.11.Электрическая сеть с системой заземления ТТ:

1 — рабочее заземление источника питания; 2 — ОПЧ (корпуса ЭУ); 3— заземление корпуса электроустановки (защитное заземление)

Рис. 1.12. Электрическая сеть с системой заземления IT: а — изолированная от земли; б — с заземлением через большое R заземляющего реактора L;

1 — ОПЧ (корпуса ЭУ); 2 — заземление корпусов электроустановки (защитное заземление); 3 — заземляющий реактор L, изолирующий токоведущие проводники сети от земли

Система TN-C — функции нулевого рабочего и нулевого защитного проводников объединены в одном проводнике по всей длине ( рис. 1.9).

Система TN-S — нулевой рабочий и нулевой защитный проводники работают раздельно по всей длине сети (рис. 1.10, а) или нулевой рабочий проводник не предусмотрен, а предусмотрен только нулевой защитный проводник (рис. 1.10, б).

Система ТТ

Электрическая сеть системы ТТ имеет точку, непосредственно связанную с землей, а ОПЧ (корпуса ЭУ) заземлены посредством защитного заземления , электрически не связанного с рабочим заземлением нейтрали (рис. 1.11).

Система IT

Электрическая сеть системы IT не имеет непосредственной связи ТВЧ с землей, а открытые проводящие части ЭУ заземлены. Первая буква I означает, что токоведущие проводники (части) сети изолированы от земли, т. е. отделены воздушным промежутком (см.рис. 1.12, а) или устройством с сопротивлением на несколько порядков большим, чем (см. рис. 1.12, б).

Электрические сети до 1 кВ переменного тока могут выполняться с заземленной нейтралью (системы заземления TN-C, TN-C-S, TN-S) или с изолированной нейтралью (система заземления IT), ЭУ постоянного тока — с заземленной (системы заземления TN-C, TN-C-S, TN-S) или с изолированной (система заземления IT) средней точкой, а ЭУ с однофазными источниками тока — с одним заземленным (системы заземления TN-S, TN-C или TN-C-S) или с обоими изолированными выводами (система заземления IT).

В четырехпроводных сетях трехфазного тока и трехпроводных сетях постоянного тока заземление нейтрали или средней точки источников тока (система заземления TN-С) является обязательным.