Назовите режимы нейтрали сетей напряжением До 1 кв и области их применения.

Нейтраль считают глухозаземленной, если она присо­единена к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление, например, через транс­форматор тока. Сети с глухим заземлением нейтрали ис­пользуют для электроснабжения трехфазных приемников с линейным напряжением 380 В и однофазных приемни­ков напряжением 220 В в жилых, общественных, про­мышленных зданиях и наружных установках.

Нейтраль считают изолированной, если она не имеет со­единения с землей или соединена с нею через значительное сопротивление. Сеть с изолированной нейтралью в элект­роснабжении городов обычно не используется. Такой ре­жим нейтрали используют в сетях с повышенной опаснос­тью (например, взрывоопасные производства, угольные шахты и др.), если при замыкании на землю в одной точке от­ключение питания недопустимо. Последнее также может иметь место при питании особо ответственных приемников в автономных электроэнергетических системах.

В связи с широким распространением в России зару­бежного электрооборудования, электроприборов и уст­ройств, в действующих ПУЭ приняты обозначения режи­ма нейтрали и заземлений по стандартам.

Международной электротехнической комиссии (МЭК). В соответствии с этим различают следующие системы указанных режимов:

- система ТN, которая подразделяется на подсистемы ТN-С, ТN-S, ТN-С-S;

- система ТТ;

- система IT.

Первая буква Т означает, что нейтраль источника пи­тания заземлена; I -нейтраль источника питания изоли­рована (не соединена с землей или соединена с нею через значительное сопротивление). Вторая буква N означает, что проводящие электрический ток части приемника, в нормальных условиях не находящиеся под напряжением (открытые проводящие части), например, корпус элект­родвигателя, соединены с нейтралью источника питания, т. е. присоединены к нулевому проводнику. Такое соеди­нение часто называют занулением, т. е. N означает нали­чие зануления. Вторая буква Т означает, что открытые токоведущие части приемников заземлены, но не соедине­ны с нулевым проводом, т. е. вторая буква Т означает соединение корпуса приемника с землей. Систему ТТ мож­но охарактеризовать как систему с заземленной нейтралью и заземлением приемников без их зануления. В ранних ре­дакциях ПУЭ система ТТ была запрещена к использова­нию. В настоящее время эту систему используют, если нельзя обеспечить условия безопасности в системе ТN (напряжение на корпусе приемника при пробое изоляции фазы на корпус превышает допустимое значение или нельзя обеспечить отключение поврежденного приемни­ка за требуемое время).

В сетях TN-C, TN-C-S применяют совмещенный нулевой проводник обозначаемый буквами PEN. Указанный проводник выполняет обе функции – рабочую и защитную.

Выполнение нулевым проводником защитной функции поясняется на рисунке 4.8.

К трансформатору Т 10/0,4 кВ подключены трёхфазный электродвигатель М и розетка. Пусть в электродвигателе происходит пробой изоляции фазы А (L₁) на корпус. Так как корпус электродвигателя соединён с защитным нулевым проводником (имеется проводник РЕ зануления), то возникает однофазное короткое замыкание в контуре фаза А – точка КЗ – проводник РЕ – нейтраль 0,4 кВ трансформатора.

Рисунок 4.8 Механизм действия зануления корпуса ЭД

При этом часть тока однофазного КЗ проходит через сопротивление относительно земли заземлителей 31 и 32, равные, соответственно, R₃₁ = 4 Ом, R₃₂ = 10 Ом. В результате через заземлители проходит ток КЗ:

Основная часть тока КЗ I^`_ПТ >> I^``_ПТ проходит по нулевому защитному проводнику РЕ. Автоматический выключатель должен отключить однофазное КЗ за время, не превышающее 0,2 с (по нормам ПУЭ для напряжения 380 В). Благодаря быстрому отключению обеспечивается защита людей от прикосновения к корпусу повреждённого двигателя.

Следует отметить, что автоматический выключатель QF1, подключенный к выводам НН трансформатора Т, должен иметь время срабатывания большее, чем у QF2. Это необходимо по условию селективности, т. е. сначала необходимо отключить поврежденное присоединение, а не всю линию (магистраль).

Подсистему с отдельным рабочим и защитным нулевыми проводниками обозначают как TN-S (рис 4.9), а с совмещенным PEN проводником – TN-C (рис. 4.10). В Российской Федерации широкое распространение получила подсистема TN-C-S, в которой питающая линия имеет совмещенный PEN проводник, а приемники присоединены с помощью отдельных N и PE проводников (рис. 4.11). В этой подсистеме проводник PEN на вводе приемника разделяют на два отдельных (N и PE) проводника для питания одного приемника или группы приемников.

Рис. 4.9. Система TN-S

На рис. 4.11 показана упрощенная электрическая схе­ма электрической сети напряжением 380/220 В, исполь­зующей подсистему ТN-С-S. Питание сети производится с помощью трехфазного силового трансформатора Т, имею­щего схему соединения звезда-звезда.

 

Рис.13.2 Система TN-C

Рис. 13.3. Система TN-C-S

Нейтраль обмотки низкого напряжения соединена с основным заземлителем (03) и совмещенным нулевым защитным и рабочим проводом РЕN. Линия (воздушная или кабельная) подклю­чена к трансформатору Т через автомат QA1. Вместо авто­мата могут использоваться предохранители и рубильники. Нулевой провод РЕN необходим, во-первых, для того, чтобы можно было подключать к сети однофазные приемники (например, лампы освещения L) напряжением 220 В. В этом случае он используется как N-проводник. При исправном нулевом проводе напряжение между каж­дым из линейных проводов L1, L2, L3 и нулевым прово­дом РЕN равно 220 В. Напряжения между линейными проводами L1-L2, L2-L3, L3-L1 равны 380 В. Трехфазные приемники (например, электродвигатель М) подключены к линейным проводам через коммутационные аппараты: автомат QА2 и магнитный пускатель КМ. Однофазные приемники часто подключают через предохранитель F и рубильники S.

Второе назначение нулевого провода заключается в обеспечении электрической и пожарной безопасности при эксплуатации сети. С этой целью корпуса электро­приемников соединяют зануляющими проводниками с защитным РЕ или совмещенным РЕN нулевым проводом и могут быть заземлены через повторные заземлители ПЗ (последнее по действующим ПУЭ не обязательно). При пробое изоляции на корпус возникает однофазное корот­кое замыкание (КЗ). Ток однофазного КЗ вызывает от­ключение автомата, например, QА2, и электрическая дуга в месте повреждения не успевает привести повреждение к пожару. Из-за быстрого отключения поврежденного приемника мала вероятность попадания людей под на­пряжение и существенно уменьшаются последствия для пострадавшего, прикоснувшегося к корпусу поврежден­ного приемника. Очевидно, что правильный выбор аппа­ратов защиты — автоматов и предохранителей — являет­ся одним из важнейших условий обеспечения электри­ческой и пожарной безопасности. По этой причине в эксплуатации контролируют сопротивление петли «фаза-нуль» электроприемников.

Рис. 4.12. Пример электрической сети с режимом TN-C-S

 

Время автоматического отключения питания при за­мыкании фазы на корпус приемника в системе ТN не дол­жно превышать значений, приведенных в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы ТN

Номинальное фазное напряжение, В	Время отключения, с
	0,8
	0,4
	0,2
Выше 380	0,1

В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты и щитки, время отключения не дол­жно превышать 5 с.

ПУЭ рекомендуют выполнять повторное заземление PE и РЕN проводников, причем внутри больших и мно­гоэтажных зданий. С этой целью нулевой защитный про­водник присоединяют к главной заземляющей шине (ГЗШ) основной системы уравнивания потенциалов. Повторные заземления имеют 2 функции. Первая заключается в уменьшении напряжения на заземленных частях обору­дования. Вторая функция состоит в увеличении тока од­нофазного короткого замыкания при пробое изоляции фазы на корпус. Благодаря этому улучшаются условия срабатывания аппаратов защиты (автоматов, предохрани­телей). Внутри больших и многоэтажных зданий роль по­вторного заземления играет уравнивание потенциалов путем присоединения РЕ проводника к главной заземля­ющей шине.

Оценивая сеть с системой ТN в целом, следует подчер­кнуть два ее достоинства:

- возможность подключения не только трехфазных, но и однофазных приемников;

- быстрое отключение повреждений, связанных с землей.

Недостатки сети:

- замыкание одной фазы на землю является корот­ким замыканием. При этом возникают большие токи (до нескольких килоампер). В случае отказа аппаратов защиты это может привести к механичес­ким разрушениям аппаратов и токоведущих частей, к термическим повреждениям и пожарам в электро­установках;

- повышенная электроопасность по сравнению с си­стемами IT и ТТ. При прикосновении человека к ли­нейному проводу ток, проходящий через человека, заведомо превышает опасное для жизни значение;

- повышенная пожароопасность, поскольку при по­вреждении изоляции линейного проводника могут возникать значительные токи утечки;

- необходимость быстрого отключения места одно­фазного замыкания на корпус, т. к. это замыкание является КЗ и сопровождается появлением большо­го тока;

- при обрыве нулевого провода напряжение на одно­фазных приемниках может достигать 380 В и приво­дить их к повреждению.

Чтобы уменьшить опасность действия токов КЗ, свя­занных с замыканием на землю, в сетях с глухим заземле­нием нейтрали устанавливают специальные защиты от однофазных КЗ. Эти защиты должны быть быстродей­ствующими.

Для устранения второго и третьего недостатков применяют устройства защитного отключения (УЗО). Указанные устройства можно разделить на следу­ющие классы:

- по принципу действия: дифференциального типа и ре­агирующие на потенциал корпуса относительно земли;

- по использованию энергии тока утечки для отклю­чения УЗО: электромеханические (использующие указанную энергию) и электронные, в которых для отключения УЗО используется энергия от специ­ального блока питания.

В системах электроснабжения городов применение дифференциальных УЗО более удобно, чем реагирующих на потенциал корпуса относительно земли. Электромеха­нические УЗО дифференциального типа (например, АстроУЗО) более надежны, чем электронные, но их сто­имость существенно выше. По этой причине в настоящее время различными производителями выпускаются, в основном, электронные УЗО дифференциального типа. На рис. 4.13 приведена упрощенная электрическая схема, по­ясняющая принцип действия однофазного УЗО диффе­ренциального типа.

Рис.4.13. Упрощенная электрическая схема, поясняющая принцип действия однофазного УЗО дифференциального типа

Питание однофазного приемника Z_Н на напряжении 220 В подается с помощью линейного L и рабочего нуле­вого N проводников. В состав УЗО входят 2 автомата, QА1 и QА2. Первый из них обеспечивает защиту элект­роустановки от короткого замыкания (электромагнитный расцепитель) и от перегрузки (тепловой расцепитель). Второй автомат имеет катушку отключения YАТ (незави­симый расцепитель), к которой подключена вторичная обмотка трансформатора тока ТА. Первичными обмотка­ми ТА являются линейный L и рабочий нулевой N про­водники. Общий нулевой провод РЕN перед УЗО разде­лен на рабочий нулевой N и защитный РЕ проводники. Ток нагрузки I_Н проходит по проводам L и N и сумма маг­нитных потоков, созданных в магнитопроводе ТА тока­ми в проводниках L и N, равна нулю. При появлении тока утечки I_УТ по линейному проводу проходит сумма токов I_Н и I_УТ, а по рабочему нулевому проводу N — только I_Н. Маг­нитные потоки, созданные первичными обмотками УЗО, не компенсируются, и по вторичной цепи ТА проходит ток, пропорциональный I_УТ. Последний вызывает отклю­чение автомата QА2, а по причине механической связи между автоматами — и QА1.

Некоторые производители совмещают УЗО диффе­ренциального типа с защитой от отклонений фазных на­пряжений. Однако такое комплектное устройство не об­ладает способностью автоматически восстанавливать электропитание на приемнике при исчезновении недопу­стимых отклонений напряжения в системе электроснаб­жения. Ввиду этого более перспективны устройства защиты от отклонений напряжения, которые автоматически восста­навливают питание приемников при возвращении напряже­ния в допустимые пределы.

Следует подчеркнуть, что ПУЭ, с одной стороны, зап­рещают применять УЗО в подсистеме ТN-С, однако, с другой стороны, при необходимости разрешают приме­нение УЗО в этой подсистеме с условием, что РЕ провод­ник будет подключен к РЕN проводнику цепи до защит­но-коммутационного аппарата.

УЗО обладает дополнительным достоинством, на ко­торое часто не обращают внимания: устранение возможно­сти хищения электроэнергии путем заземления нулевого проводника. При наличии УЗО и заземлении нулевого проводника равенство токов в линейном и рабочем нуле­вом проводниках нарушается, УЗО срабатывает и отклю­чает потребителя. С целью обеспечения правильной работы УЗО при токах утечки, ПУЭ запрещают объединять PE и N проводники, если они были разделены, начиная с какой-либо точки электроустановки.

Последний недостаток сети с системой ТМ (пятый по счету в перечне, см. выше) в настоящее время не устра­нен. Пути его устранения:

- симметрирование нагрузок по фазам линий;

- создание путей, шунтирующих нулевой провод;

- создание и внедрение устройств защиты от откло­нений фазных напряжений.

Поясняющие схемы для систем ТТ и IТ приведены на рис. 4.14 и 4.15. В подсистеме ТТ имеется один N (рабочий) нулевой проводник, соединенный с заземлителем в одной точке — у источника питания. Корпуса приемников зазем­лены путем соединения их с повторными заземлителями, что необходимо для обеспечения электробезопасности. Однако при этом напряжение прикосновения не должно превышать допустимого значения, что предъявляет доста­точно высокие требования к повторным заземлителям.

Рис. 4.14 Система ТТ

Рис. 4.15 Система IТ

В системе ТТ ПУЭ предписывают обязательное применение УЗО. Напряжение прикосновения в этой системе не дол­жно превышать 50 В, т. е.

где I_а — ток срабатывания УЗО; R_а — суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника.

Система с изолированной нейтралью IТ, как правило, выполняется без нулевого провода. Для обеспечения электробезопасности корпуса приемников, как и в систе­ме ТТ, заземлены с помощью повторных заземлителей. Быстрого отключения замыкания одной фазы на землю по условиям пожарной безопасности не требуется, т. к. это повреждение не является коротким замыканием и сопровождается незначительными токами. Однако по условиям электробезопасности в такой системе необхо­димо иметь контроль изоляции сети или должны быть установлены дифференциальные УЗО с током срабатыва­ния не более 30 мА. Для защиты от двойных замыканий на землю, которые сопровождаются большими токами, должно быть выполнено автоматическое отключение пи­хания с временем отключения в соответствии с табл. 13.1. Если система IТ связана через трансформатор с сетью напряжением выше 1 кВ, то с целью защиты от опаснос­ти, возникающей при пробое изоляции между обмотка­ми высшего и низшего напряжения трансформатора, в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения транс­форматора устанавливают пробивной предохранитель или иное защитное средство.

45. Поясните состав системы уравнивания потенциалов и назначение ее элементов по рис. 4.16 на стр. 78 учебного пособия.

Выравнивание потенциалов – снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединённых к заземляющему устройству, или путём специальных покрытий земли.

Уравнивание потенциалов – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов.

Защитное уравнивание потенциалов – уравнивание потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности. При защитном уравнивании потенциалов, в первую очередь, стремятся снизить напряжение прикосновения.

Система уравнивания потенциалов в здании в соответствии с ПУЭ приведена на рис.4.16.

Рис. 4.16 Система уравнивания потенциалов в здании (по ПУЭ);