Изолированная нейтраль электрической сети: терминология, назначение и применение

Как известно, изолированная нейтральная централь не используется в квартирной или домашней электропроводке. Однако для трансформаторов и генераторов высоковольтных проводов она является неотъемлемой частью всей сети электричества.

В этой статье мы углубимся в терминологию и область применения изолированный вид нейтрали.

Содержание:

Меры предосторожности

Задача и особенности заземления трансформаторов.

Теперь разберём, для чего выполняется заземление нейтрали трансформатора, и физику работы такой электрической сети.

В теоретической физике потенциал нулевого проводника по отношению к земле не должен превышать нулевого значения. Повторное заземление у принимающего устройства потребителя помогает добиться этого значения с ещё более высокой степенью вероятности, особенно, если до ТП есть достаточное расстояние.

Поражение током возможно в следующих ситуациях:

1. Повреждение изоляции токоведущих частей, выход из строя электрооборудования. Образуется шаговое напряжение – на плоскости пола появляется потенциал, небезопасный для идущего человека;
2. Повреждение изоляции электрооборудования. В этом случае на корпусе может оказаться опасное для здоровья напряжение;
3. Повреждение защитной изоляции кабелей. Здесь напряжение появляется на металлических полках, с лежащими кабельными линиями;
4. Нарушение технологии производства работ, приведшее к прикосновению к токоведущим частям, находящимся под фазным напряжением.

К включенному в сеть проводу, лежащему на влажном полу, подходить не рекомендуется. В этой ситуации появляется потенциал, опасный для человека. При попытке сделать шаг ноги оказываются под действием различных величин потенциала. Удар током обеспечен. Для избегания подобного развития событий перед заливкой бетона укладывается металлический каркас, соединённый с контуром заземления минимум в 2-х точках. За счёт этого при возникновении на полу потенциала ноги идущего человека будут зашунтированы, поражения электрическим током удастся избежать.

Для недопущения появления напряжения на нетоковедущих частях электрической системы ПУЭ обязывает заземлить абсолютно все металлические детали, находящиеся в распредустройствах трансформаторных подстанций и потребителя, а также корпуса электроприборов. В промышленных цехах, где присутствует электрическое оборудование (станки, производственные линии), по периметру пускается стальная полоса для присоединения всех без исключения металлсодержащих частей. Таким образом, выравниваются потенциалы земли и металлических частей, расположенных в помещении.

При возникновении пробоя на заземлённый корпус электрический ток пойдёт по пути наименьшего сопротивления, т.е. по заземляющим проводникам до контура заземления, а не через обладающее большим сопротивлением человеческое тело, даже при не сработавшей защите.

Меры предосторожности при работе в сети с глухозаземленной нейтралью

По этой причине ток через контур заземления направится в сторону нейтрали силового трансформатора. Это приводит к короткому замыканию с большой величиной электрического тока. На превышение заданного параметра должен будет среагировать защитный коммутационный аппарат: плавкая вставка или автоматический выключатель. За счёт этого повреждённый участок цепи будет выведен из работы. Таким образом, организуется быстрая локализация аварийного режима.

Что такое нейтраль

Допустим, у нас есть трансформатор, у которого от самой середины вторичной обмотки сделан отвод. Подадим переменное напряжение на первичную обмотку и рассмотрим, как будет меняться напряжение между точкой отвода и конечными точками вторичной обмотки. В момент 1 на верхней точке будет «плюс» по отношению к отводу, а на нижней — «минус». В момент 2 напряжение между отводом и конечными точками будет равно нулю. В момент 3 «плюс» и «минус» поменяются местами. Если сделать ещё отводы от обмотки, то, чем дальше будет такой отвод от первого отвода и, соответственно, ближе к концу обмотки, тем сильнее будет изменяться напряжение между ним и первым отводом. В точке же первого отвода не бывает ни избытка, ни недостатка электронов. Такая точка называется «нейтральной точкой» (вторичной обмотки трансформатора), или нейтралью. В литературе часто встречается выражение «напряжение в (некой) точке». Если пользоваться им, то можно сказать, что напряжение в нейтральной точке всегда равно нулю.

Вторичная обмотка трехфазного трансформатора устроена более сложно. Она состоит из трёх одинаковых обмоток, которые могут быть соединены «в треугольник» (мы этот случай не будем здесь рассматривать) или «в звезду», где начала обмоток соединены вместе. Точка, где они соединены, также называется «нейтральной точкой».

Требования к посту дистанционного контроля

1. Индикация состояния сопротивления изоляции «НОРМА» при R > 50 кОм, «ПРОБОЙ» при R < 50 кОм.
2. Индикация превышения допустимой температуры трансформатора.
3. Кнопки дистанционного тестирования системы контроля изоляции.
   Функция, необходимая для периодической проверки системы контроля изоляции.
4. Отключаемый звуковой сигнал при выходе любого из контролируемых параметров за пределы нормы.
   Так как большинство медицинских приборов имеет собственную звуковую сигнализацию (например ритм биения сердца), то звуковая сигнализация от поста дистанционного контроля может мешать проведению операции. Персонал, получив информацию о перегрузке трансформатора или снижении сопротивления изоляции сети, отключает звуковую сигнализацию поста.
5. Исполнение, допускающее обработку санитарными растворами.
6. Напряжение питания и индикации не более 24 В.

Что такое сеть с заземлённой нейтралью и сеть с изолированной нейтралью

Сетью с заземлённой нейтралью называется сеть, у которой нейтральная точка соединена с землёй либо непосредственно, либо через малое сопротивление. Соединение это, как правило, делается в подстанции. В землю зарывается специальный проводник. Размер, материал проводника, глубина зарывания — это определяется специальными правилами, изложенными в нормативных документах. От заземляющего проводника с сеть идёт отдельный провод. Он называется PEN — проводником. В переводе это означает, что этот провод является одновременно

1. заземляющим
2. нулевым рабочим

Что это значит, будет объяснено ниже.
Если нейтральная точка не соединена с землёй либо соединена через большое сопротивление, то такая сеть называется сетью с изолированной нейтралью. В такой сети (здесь мы рассматриваем сети с напряжением до 1000 Вольт) также может быть заземляющий провод. Поскольку он только только заземляющий, его называют PE — проводником (без N). Объяснение ниже.

Если напряжение в сети меньше 1000 Вольт (например, 380/220 Вольт) и в сети между трансформатором подстанции и потребителем нет ещё трансформаторов, то это сеть, скорее всего, с заземлённой нейтралью. Исключение — сети предприятий с особыми условиями работы, например, шахт.

Если между трансформатором подстанции и потребителем электроэнергии имеется ещё трансформатор, у которого нейтральная точка вторичной обмотки не соединена с землёй, то участок от вторичной обмотки до потребителя по сути является сетью с изолированной нейтралью. Примеры — понижающие трансформаторы, в том числе в кранах, в станках и пр.

Светильники операционого стола

К обеспечению электропитанием операционных светильников предъявляются самые жесткие требования. Согласно нормативам, время прерывания напряжения питания должно составлять не более 0,5 сек. и обеспечена бесперебойная подача напряжения не менее 3 ч при полном отключении электросети в случае аварии.

Средняя мощность светильников составляет 450 Вт. С напряжением питания возможны два варианта — 220 В 50 Гц или 24 В постоянного\переменного токов. При первом варианте питание осуществляется от разделительного трансформатора (РТМ-42, пункт 2.3.7), запитанного, в свою очередь от ИБП с соответствующей емкостью батареи. Во втором варианте питание осуществляется от специализированного ИБП (например ШБП 800—24), что с точки зрения затрат существенно дешевле и надежнее.

Заземление в сетях с изолированной нейтралью

Сначала рассмотрим сети с изолированной нейтралью. В сети с исправной изоляцией имеют место токи утечки и емкостные токи (рис. 1). Они протекают и между фазами непосредственно (это на рис. 1 не показано), и через землю. Величина этих токов, однако, невелика. Все электрики должны помнить допустимую величину сопротивления изоляции — не менее 0.5 Мом. Ток при напряжении 220 вольт и сопротивлении 0.5 Мом будет 0.00044 А. Половина тысячной ампера.

Тем не менее, токи утечки (и емкостные) могут нанести поражение, и даже смертельное, если человек коснётся фазного провода (рис. 2). Чем выше напряжение сети, тем опаснее такие токи.

Что произойдёт, если в одном месте цепи нарушится изоляция и произойдёт замыкание? Замыкание либо на землю, либо на металлическую конструкцию (опору, корпус электродвигателя, корпус светильника, корпус распределительного шкафа и т. п.) соединённую с землёй . Допустим, что в других местах изоляция исправна (рис. 3). Будут иметь место токи через сопротивления утечки и емкостные сопротивления.

Если при таком замыкании человек, стоящий на земле, коснётся другой фазы, это будет для него смертельно опасно — он окажется под линейным напряжением, то есть под напряжением между двумя фазами (рис. 4).

А что будет, если в другом месте замыкает на землю другая фаза? Между фазами побежит ток (рис. 5). Может сработать защита. А может и не сработать. Может сработать не сразу. Это будет зависеть от величины тока. А величина тока зависит от сопротивления земли, которое может быть очень разным, различаться на порядки в зависимости от влажности, промерзания, состава грунта (песок, глина или скала) и т. п. Для человека, попавшего под действие такого тока, это смертельно опасно. И даже если он не касается замкнувших проводников, он может попасть под напряжение шага.

Чтобы избежать такой опасности, делается защитное заземление. Металлоконструкции могущие попасть под напяжение, электрически соединяются с проводником, который соединён с Землёй. Так же, как и в сетях с заземлённой нейтралью, соединён с Землёй он обычно в подстанции. По специальным правилам зарыта в землю специальная железяка и соединена с заземляющим проводом.

Что произойдёт при ситуации, как на рисунке 5, но если имеется защитное заземление? Смотрим рис. 6 Ток замыкания пойдёт по заземляющему проводнику. Через землю ток тоже пойдёт, но его величина будет гораздо меньше, чем на рис.5. Общий ток будет большим, и поэтому сработает защита. Чтобы защита наверняка сработала, сопротивление заземляющего проводника должно быть достаточно низким. Он должен быть достаточно толстым, чтобы не отгореть от большого тока.

А зачем нужно соединять защитный провод с землёй? Что это даёт? Может, достаточно просто соединить металлоконструкции друг с другом проводником, чтобы срабатывала защита? Земля является дополнительным защитным проводником (если металлоконструкции соединены с землёй), а случае обрыва основного (защитного проводника), и единственным, хотя и не очень надёжным (рис.5) Я так это понимаю.

Классификация помещений

Согласно IEC 60364—7—710.2001 в зависимости от вида медицинских процедур, проводимых в помещениях, предусмотрена следующая классификация помещений:

• Гр 0 — мед. помещения, где не используются электроприборы;
• Гр 1 — мед. помещения, где приборы используются внешне или внутренне, но авария силового питания не может привести к гибели или серьезному ущербу для жизни пациента;
• Гр 2 — помещения, где первичная неисправность в цепи питания не должна приводить к отказу аппаратуры жизнеобеспечения.

К помещениям Гр 2 относятся: операционные, помещения интенсивной терапии, анестезионные, комнаты подготовки к операции, комнаты послеоперационного восстановления, искусственного сердца и помещения с детьми, родившимися недоношенными.

Для питания электроприборов в помещениях медицинских учреждений Гр 2 с целью обеспечения максимальной электробезопасности предписывается использование разделительных трансформаторов с системой контроля изоляции сети (режим изолированной нейтрали или IT сеть).

Заземление в сетях с заземлённой нейтралью

Теперь перейдём к сетям с заземлённой нейтралью. Что произойдёт, если человек, стоящий на земле, коснётся фазного провода в такой сети (рис. 7)? Это смертельно опасно. Хотя напряжение, под которое он попадёт, будет фазным, (то есть если напряжение между фазами 380 В, человек попадёт под 220 В) ток, идущий через него, может быть очень большим. Сила тока и, соответственно, степень поражения будет зависеть от сопротивления цепи.

Так же опасна ситуация, когда фазный провод замыкает на землю или на металлоконструкцию, соединённую с землёй (рис. 8). Сравните рисунок 8 с рисунком 5. Что общего в изображённых ситуациях? Через человека проходит большой ток, зависящий от сопротивления земли. Образуется напряжние шага. Защита может сработать, а может и не сработать. На рис. 5 человек оказывается под линейным напряжением, а на рис. 8 под фазным, но погибнуть можно и от фазного напряжения.

Теперь посмотрим, что произойдёт при замыкании, если выполнено защитное заземление (рис. 9). Опять же сравните рисунки 9 и 6. Целей защитного заземления две: 1. При замыкании вызвать срабатывание защиты (защитное отключение) 2. Уменьшить напряжение и ток, которым может подвергнуться человек при нарушении изоляции и замыкании.

Встречается термин (защитное) зануление. Что под этим имеется в виду? Под занулением понимается электрическое соединение с нейтралью трансформатора. Смотрите рисунок 9. На нём показано зануление, а поскольку нейтраль трансформатора заземлена, оно же есть и защитное заземление. В сетях с изолированной нейтралью зануление не применяется. Почему? Оно сильно ухудшило бы ситуацию с безопасностью. Почему, я не буду подробно писать, об этом написано в пособии Найфельда. Если в такой сети наряду с занулением было бы применено заземление, то у нас получилась бы сеть с заземлённой нейтралью. как на рисунке 9. Она была бы лишена преимуществ сети с изолированной нейтралью.

Нередко выполняется повторное, или дополнительное заземление (рис. 10). Процитирую Найфельда: «Дополнительное заземление не ухудшает, а часто улучшает безопасность сетей и электроустановок.» При замыкании оно уменьшает ток на зануляющем проводнике, уменьшает напряжение шага, способствует более быстрому срабатыванию защиты. Для повторного заземления часто используются естественные заземлители — проложенные в земле трубопроводы, соединённые с землёй металлоконструкции, наружные оболочки кабелей.

Приведу цитату из ПУЭ: «1.7.61. При применении системы TN рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется.»

Значение терминов TN, PE, PEN описано ниже Что может и что не может быть использовано в качестве естественного заземлителя, об этом сказано в ПУЭ 1.7.109 и 1.7.110.

Важно помнить, что недопустимо выполнить дополнительное заземление и при этом отсоединиться от основного провода заземления — зануления. Почему? Смотрим рис. 11. В этом случае при замыкании защитное отключение может не сработать, так как, что я уже объяснял, сопротивление земли может быть очень разным.

Однако в ПУЭ разрешено использовать систему заземления, электрически не связанную с заземлённой нейтралью трансформатора (рис. 11-1). Эта система называется ТТ. Она допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN (то есть при заземлении способом, как на рисунке 9) не могут быть обеспечены. Пример такого случая — сеть, питающая строительную площадку. Как правило, сеть это временная, надёжность её часто оставляет желать лучшего. Поэтому допускается не тянуть на стройплощадку PEN — проводник, а сделать заземление рядом с ней — зарыть (забить) в землю (как и какую, определяют правила) «железяку» и соединить с ней корпуса электрических строительных машин и механизмов. В системе ТТ обязательно применение УЗО.

Процитирую ПУЭ 1.7.57. «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 TN.»

Посему подавляющее большинство сетей 380/220 В в наших городах, сёлах и на предприятиях — это сети с заземлённой нейтралью.

Типы систем заземления

Вы замечали, что нулевой провод в трёхфазном кабеле имеет меньшее сечение, чем остальные? Это вполне объяснимо, ведь на него ложится не вся нагрузка, а только разница токов между фазами. Хотя бы один контур заземления в сети должен быть, и обычно он находится рядом с источником тока: трансформатор на подстанции. Здесь система требует обязательного зануления, но при этом нулевой проводник перестаёт быть защитным: что бывает, если в ТП «отгорел ноль», знакомо многим. По этой причине заземляющих контуров по всей протяжённости ЛЭП может быть несколько, и обычно так оно и есть.

Конечно, повторное зануление, в отличие от заземления, вовсе не обязательно, но зачастую крайне полезно. По тому, в каком месте выполняется общее и повторные зануления трехфазной сети, различают несколько типов систем.

Разница между заземлением и занулением

В системах под названием I-T или T-T защитный проводник всегда берётся независимо от источника. Для этого у потребителя устраивается собственный контур. Даже если источник имеет свою точку заземления, к которой подключен нулевой проводник, защитной функции последний не имеет. Он с защитным контуром потребителя никак не контактирует.

Системы без заземления на стороне потребителя более распространены. В них защитный проводник передаётся от источника потребителю, в том числе и посредством нулевого провода. Обозначаются такие схемы приставкой TN и одним из трёх постфиксов:

1. TN-C: защитный и нулевой проводник совмещены, все заземляющие контакты на розетках подключаются к нулевому проводу.
2. TN-S: защитный и нулевой проводник нигде не контактируют, но могут подключаться к одному и тому же контуру.
3. TN-C-S: защитный проводник следует от самого источника тока, но там всё равно соединяется с нулевым проводом.

Ключевые моменты электромонтажа

Итак, чем вся эта информация может быть полезна на практике? Схемы с собственным заземлением потребителя, естественно, предпочтительны, но иногда их технически невозможно реализовать. Например, в квартирах высоток или на скальном грунте. Вы должны знать, что при совмещении нулевого и защитного проводника в одном проводе (называемом PEN) безопасность людей не ставится в приоритет. А потому оборудование, с которым контактируют люди, должно иметь дифференциальную защиту.

И здесь начинающие монтажники допускают целый ворох ошибок. Неправильно определяя тип системы заземления/зануления и, соответственно, неверно подключают УЗО. В системах с совмещённым проводником УЗО может устанавливаться в любой точке, но обязательно после места совмещения. Эта ошибка часто возникает в работе с системами TN-C и TN-C-S. А особенно часто, если в таких системах нулевой и защитный проводники не имеют соответствующей маркировки.

Разница между заземлением и занулением

Поэтому никогда не используйте жёлто-зелёные провода там, где в этом нет необходимости. Всегда заземляйте металлические шкафы и корпуса оборудования, но только не совмещённым PEN-проводником. На нём при обрыве нуля возникает опасный потенциал. Это необходимо делать защитным проводом PE, который подключается к собственному контуру.

Кстати, при наличии собственного контура на него выполнять незащищённое зануление очень и очень не рекомендуется. Если только это не контур вашей собственной подстанции или генератора. Дело в том, что при обрыве нуля вся разница асинхронной нагрузки в общегородской сети проследует в землю через ваш контур, раскаляя соединяющий провод.

Защитное заземление. Чем опасно самостоятельное выполнение заземления?

Принцип работы заземления для зданий по системе ТN-C, TN-S и TN-C-S.

Заземление дома. Монтаж контура заземления!

Контур заземления. Заземление и зануление на объектах.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

Но как определить, какая сеть, с изолированной или с заземлённой нейтралью?

У сети с изолированной нейтралью нет нулевого рабочего провода, но есть заземляющий. Если сеть исправна, заземляющий проводник с фазными электрически напрямую не связан (хотя может быть связан через устройства с большим сопротивлением). В сетях с заземлённой нейтралью, как правило, хотя и не всегда, из подстанции в распределительные пункты (щиты, шкафы) приходят 4 провода (жилы кабеля) — 3 фазных и один заземляющий, он же нулевой рабочий (этот провод называют PEN-проводником). PEN-проводник обычно приходит на шину, которая соединена с корпусом щита или шкафа и к которой присоединены и нулевые рабочие, и заземляющие провода. Далее же нулевой рабочий провод идёт отдельной жилой (его также называют N-проводником), а провод заземления отдельной жилой (PE-проводник). Нередко PEN-проводник идёт дальше и разветвляется на нулевой рабочий и заземляющий в распределительном пункте более низкого уровня, например, этажном щитке.

Провод заземления также называют нулевым защитным, в отличие от нулевого рабочего. И нулевой рабочий, и заземляющий провод имеют электрическую связь с фазными проводами и через обмотку трансформатора, и через нагрузку, например, светильники. Сопротивление между ними низкое. Вообще, если в сети имеются потребители, работающие от «фазы» и «нуля» (что можно проверить, например, индикатором напряжения на работающей розетке), то это сеть с заземлённой нейтралью. Если в сети имеются и нулевой рабочий провод , и провод заземления, то это сеть с заземлённой нейтралью.

Требования ПУЭ

В Правилах нормам и требованиям к глухозаземленной посвящена глава 1.7, приведем наиболее значимые выдержки из нее:

• Для подключения нейтрали к контуру заземления необходимо использовать специальный проводник.
• При выборе места под заземляющее устройство следует исходить из минимально допустимого расстояния между ним и нейтралью.
• Если в качестве заземления используется жб конструкция фундамента, то к его армирующему основанию следует подключаться не менее чем в 2-х точках, это гарантирует наиболее эффективную защиту.
• Сопротивление заземляющего проводника для трехфазной цепи электрической сети 0,4 кВ имеет ограничение 4-е Ома. В исключительных случаях эта норма может быть пересмотрена исходя из характеристик грунта.
• В линии глухозаземленной нейтрали запрещено устанавливать предохранители, защитные устройства и другие элементы, способные нарушить целостность проводника.
• Правилами предписывается обеспечить заземляющему проводнику надежную защиту от механических повреждений.
• ВЛ должна быть оборудована дублирующими заземлителями, они устанавливаются в начале и конце линии, на отводах, а также через каждые 200 м.
• Дублирующее заземление должно выполняться и на вводе потребителя и обязательно указываться в схеме щитка ВРУ.
• При организации бытовых однофазных сетей от ВРУ должна выполняться разводка тремя проводами, один из которых фаза, второй – ноль (N) и третий – защитный (РЕ).
• Скорость срабатывания защитных автоматов, установленных в однофазных сетях с глухозаземленной нейтралью, не должна быть продолжительней 0,40 сек.

Как не следует выполнять заземление.

Провод заземления не должен идти через выключатель (рис. 12). Он может быть случайно выключен, и заземление окажется неработающим. Также недопустимо подключать заземление через предохранитель.

На рис. 13 показано, что может произойти, если заземление выполнено как ответвление нулевого рабочего провода. Если нулевой провод будет оборван или отгорит до такого ответвления

, заземлённый таким образом объект окажется под напряжением.

А как быть, если нет отдельного заземляющего провода (в старых сетях)? Пособие Найфельда приводит как правильный вариант заземления, как на рисунке 13-1. То есть заземление (правильнее его будет назвать защитным занулением) взято с общего нулевого рабочего провода . Однако если и он отгорит, опять же корпус окажется под напряжением. Тем не менее, как я понимаю (не уверен, что я прав), такое решение соответствует современным правилам (Нормы устройства сетей заземления 7.21, 10.10.10, сами почитайте). Допустим, вы купили люстру с зажимом для заземляющего провода, а в вашей старой квартире из потолка заземляющий провод не торчит. 7.21 и 10.10.10 запрещают заземлять (занулять) люстру от нулевого рабочего провода. Согласно правилам вы должны протянуть провод заземления (или нулевой защитный провод) от ответвительной коробки, щитка, где (при отсутствии заземляющего провода) вы можете запитать его от нулевого рабочего провода. Кто не хочет этого делать, может оправдаться тем, что «Нормы распространяются на все вновь сооружаемые и реконструируемые электроустановки» (ПУЭ 1.1.1 , Нормы устройства сетей заземления 1.1) и не занулять люстру.

Обычно нулевой рабочий и заземляющий провод ответвляются от общего провода (PEN-проводника) в элеткрощитах (щитках, шкафах). Запрещено электрически соединять нулевой рабочий и заземляющий провода после того, как они разветвились от общего провода (рис. 13-2). (ПУЭ 1.7.135.) Почему?

Потому, что тогда рабочий ток (как и ток короткого замыкания, если таковое случится) пойдёт не только через нулевой рабочий, но и через заземляющий провод. Если корпуса элекрооорудования соединены с землёй, какой — то ток, возможно, ничтожно малый, пойдёт через них на землю (рис. 13-0-3). Корпуса оборудования могут оказаться под напряжением (возможно, ничтожно малым, а возможно, и заметным). Допустим, что в такой ситуации у нас вышел из строя (отгорел, оборвался) либо нулевой рабочий, либо заземляющий провод (провода нередко отгорают в местах соединений). Возможно, мы об этом даже не узнаем, потому что вместо вышедшего из строя у нас станет работать оставшийся провод. Кто-то может подумать, что это хорошо.

Но что произойдёт, если впоследствии выйдет из строя оставшийся провод? Сначала рассмотрим другой случай. Допустим, нуль и заземление не связаны, и отгорел нулевой провод. (Рис. 13-0-1) Кстати, поскольку через них идёт рабочая нагрузка, нулевые провода отгорают гораздо чаще, чем заземляющие.

В сети возникнет так называемый «перекос фаз» — неравномерность фазного напряжения, пропорциональная неравномерности нагрузки. (Неравномерность нагрузки — это когда суммарные мощности потребителей, запитанных от разных фаз, отличаются друг от друга). Однофазное оборудование (например, светильники) может оказаться либо под очень высоким, либо очень низким напряжением и выйти из строя. Трёхфазное оборудование также может выйти из строя из-за неравномерного напряжения.

Теперь рассмотрим случай, когда ноль и заземление связаны перемычкой, и оба они отгорели. (Рис. 13-0-2) Найдите отличия от предыдущего рисунка. Мы имеем ещё одно «удовольствие». Корпуса оборудования окажутся под напряженем (через нагрузку). Величина этого напряжения будет зависеть от неравномерности нагрузки. Наибольшим напряжение будет, если в такой ситуации окажется однофазный участок сети, например, квартира. Это если у нас нет короткого замыкания (на корпус или на нулевой провод).

А если произойдёт короткое замыкание, из-за которого отгорит один из проводов (нулевой или заземляющий), а другой провод уже отгорел ранее, или они оба отгорят? Тогда корпуса у нас окажутся под фазным напряжением (220 в), а однофазное оборудование, запитанное от двух из трёх фаз, окажется под линейным напряжением (380 в). Смотрите рисунок 13-0 .

Многие посетители этой страницы жалуются на напряжение на заземляющем проводе. Уточню: напряжение между заземляющим проводом и потенциалом Земли, который могут иметь, например, трубы водопровода или отопления. Это напряжение может показать емкостной индикатор напряжения — отвёртка.

Одну из возможных причин этого — перемычку между нулевым рабочим и заземляющим проводом я описал выше. Другая причина — использование заземляющего провода в качестве нулевого рабочего, возможно, в сочетании с обрывом заземляющего провода или плохим контактом его соединения. Если же на заземляющем проводе все 220 вольт —
дело опасное, не касайтесь корпусов
— вероятен обрыв (отгорание) заземляющего провода в сочетании с замыканием фазы на него или на корпус. Ещё одну причину опишу подробнее. Как известно, любой проводник обладает сопротивлением. При прохождении тока по нему в нём происходит падение напряжения, пропорциональное доле сопротивления проводника в общем сопротивлении цепи. Это падение можно измерить, соединив вольтметр с двумя концами проводника. Если сопротивление проводника малое (например, это относительно толстый и короткий кабель), то и падение напряжения малое. Если же оно большое (например, это длинный и тонкий провод воздушной линии), то и падение большое. Вот в сетях, запитанных от воздушных линий и бывает нередко такая ситуация. Посмотрите на рис. 13-0-4 Допустим, до разветвления общий нулевой (заземляющий) провод (PEN — проводник) идёт от подстанции алюминиевым проводом по столбам через пять улиц. Сопротивление этого провода относительно велико. Как следствие, возможен и перекос фаз и напряжение на заземляющем проводе и заземлённых корпусах.
Кстати, сопротивление фазных проводов воздушной линии будет столь же велико, ведь они идут по тем же столбам, и, как правило, имеют такую же толщину
Тут может помочь более равномерное распределение нагрузки по фазам, а также дополнительное (повторное) заземление. ПУЭ (1.7.102) предписывает делать его на концах воздушных линий и ответвлений от них длиной больше 200 метров.

Требования к разделительному трансформатору

1. Мощность разделительных трансформаторов ограничена диапазоном 0,5—10 кВА, как для однофазных, так и для трехфазных трансформаторов.
   Данное требование связано с тем, что контроль за множеством потребителей в сильно разветвленной распределительной сети менее эффективен. Возникновение аварии или нарушения изоляции в любой из частей может привести к общей аварии сети и затрудняет поиск места неисправности. С этим связано требование нормативов, определяющее питание каждой операционной от одного трансформатора (РТМ-42).
2. Выходное напряжение трехфазного изолирующего трансформатора 3 ф 220В.
   Наличие линейного напряжения 380 В в помещении с медицинским оборудованием запрещено, так как является фактором, снижающим электробезопасность помещения (IEC 60364—7—710, Инструкция РТМ-42).

   Подключение потребителей к трехфазному трансформатору осуществляется по приведенной схеме на рис. 3.

   Применение трехфазного трансформатора требует соответствующей схемы организации распределительной сети, так как провод нейтрали не используется.

3. Обязательное наличие экранирующей обмотки.
   Данное требование уменьшает вероятность пробоя изоляции между первичной и вторичной сетями в случае аварии трансформатора и существенно уменьшает токи утечки, вызванные «паразитной» емкостью между обмотками. В-третьих, разделительный трансформатор с экранирующей обмоткой является неплохим фильтром высокочастотных помех, что весьма положительно сказывается на работе аппаратуры.
4. Повышенные требования к изоляции трансформатора соответствующие медицинским стандартам.
   Например, испытательное напряжение между обмотками и обмотками и корпусом 4150 В.
5. Система плавного старта.
   Обязательное требование ГОСТ 30030. Пусковой ток обычного трансформатора составляет от 5 до 8 крат рабочего тока, что может вызывать срабатывание автоматов защиты стандартного исполнения со стороны питающей сети и влиять на работу стороннего оборудования, инициируя кратковременный провал напряжения питания.
6. Отклонение выходного напряжения на холостом ходу и под нагрузкой не более 5% от U ВХ.
7. Повышенная нагрузочная способность.
8. Обязательный контроль температуры обмоток.
   Благодаря измерению этих параметров персонал получает оперативную информацию о перегрузке сети и выполняет необходимые мероприятия (например, отключает неиспользуемые нагрузки).
9. Система контроля изоляции (РКИ).
10. Выход дистанционного контроля (сигнализации) о превышении уровня нагрузки и температуры.
11. Пост дистанционного контроля трансформатора (ПДК).

Что будет, если перепутать нулевой рабочий и заземляющий провода

Я выше писал, что на нулевом рабочем проводе может быть напряжение. Это напряжение окажется на вашем корпусе. Рабочий же ток пойдёт через заземляющий провод, что создаст (возможно, ничтожно малое) напряжение на нём и корпусах, заземлённых правильно. Также увеличится вероятность отгорания заземляющего провода. Если он отгорит, нод напряжением окажутся корпуса, заземлённые правильно.

Вот ещё пример последствий неправильного заземления (рис. 13-3). Левый светильник заземлён (неправильно) от нулевого рабочего провода, правый — от заземляющего. Допустим, у нас отгорел нулевой магистральный провод. Тогда у нас ток пойдёт следующим образом: от фазы через лампы на нулевой провод, далее через неправильное заземление первого светильника на его корпус, затем по цепи, на которой висит светильник, по балке, снова по цепи на корпус второго светильника и далее в заземляющий провод. Свет будет гореть. Но если вы пошевелите цепи, на которых висят светильники, они заискрят, да ещё током вас долбанёт. Такая ситуация мне встречалась часто.

Заземление не должно выполняться последовательно.

Подключение с помощью низкоомного сопротивления

Среди многих видов нейтралей часто используется заземление через резистор с незначительной номинальной величиной. Они нашли широкое применение на территории Беларуси, России. Логично в таких схемах задействовать высокоомный резистор (RB-режим), который задает низкие уровни перенапряжений при ОЗЗ.

В других случаях при заземлении нейтральной точки задействуются комбинированные способы ее подсоединения посредством применения индуктивности (RB-режим и LB).

Более подробное изучение обозначенных подходов показывает, что резисторы высокоомного типа характеризуются внушительными размерами. К тому же они отличаются значительными ценами и массой. Однако и обустройство дугогасящих реакторов отличается своими особенностями и недостатками. Поэтому при выборе режима, поддерживаемого низкоомным резистором, следует провести тщательные расчеты и исчисления с учетом обозначенных факторов.

Существует два типа проведения низкого заземления. В первом случае выполняется установка резонансного резисторного приспособления, с помощью которого срабатывает защита от токов при ОЗЗ. Что касается второго варианта, он предполагает использование заземленных схем посредством индуктивности. Они направлены на обеспечение защиты в случае фазных двойных замыканий.

При резистивном подключении стоит принимать во внимание дополнительные токи в нейтрали, которые могут стать причиной прерывания емкостных значений ОЗЗ до 3 раз и более. Индуктивные или реактивные схемы по уровню своего заземления не должны превышать общее значение электротоков, исходящих от двойных замыканий

Исходя из ПУЭ, обозначенные выше рабочие режимы могут быть кратковременными или длительными. Последний вариант предполагает расположение заземляющих деталей в единую цепь, в которой нейтраль функционирует на постоянной основе.

Именно такой способ подключения, на что указывают правила устройства электрических установок, допустим только при выполнении качественного заземления с показателем RЗ ≤ 0,5 Ом. Подобный подход эффективен с точки зрения трудовых затрат и экономических соображений.

Значения некоторых терминов

Значения терминов подробно разъяснены в ПУЭ и Нормах устройства сетей заземления
Что означают термины «система заземления TT, TN, IT» и т. д.? Если первая буква в этих сокращениях «T» (от слова «terra» — земля), то это система с заземлённой нейтралью, если «I», то с изолированной нейтралью. Если вторая буква «T» (например, «TT»), то открытые проводящие части (например, корпуса) заземлены, но не присоединены к нейтрали. Если вторая буква «N», то открытые проводящие части присоединены к глухозаземлённой нейтрали. Третья и последующие буквы, если они есть (например, «TN-S») означают, разделены или совмещены в одном проводе нулевой рабочий и нулевой защитный (то бишь заземляющий) проводники. Если третья буква «S» (от слова «separate» — отдельный), то каждый из этих проводников идёт отдельным проводом по всей системе. Если «C» («common» — общий), то они совмещены в одном проводе. Если «C-S» (например, «TN-C-S»), то общий (нулевой рабочий и заземляющий) провод затем разветвляется.

Что означают термины «N-проводник, PE-проводник, PEN-проводник»? N — нулевой рабочий; PE — нулевой защитный (заземляющий); PEN — совмещённый нулевой рабочий и защитный.

Что такое и для чего нужно уравнивание потенциалов?

Если между двумя точками имеется разность потенциалов (напряжение) и проводящая среда (например, тело человека), то между ними побежит ток. Ток может вызвать поражение человека, искрение, которое приведёт к пожару и другие вредные последствия. Чтобы этого избежать, выполняется уравнивание потенциалов: части оборудования, зданий и сооружений либо соединяются специальным проводником, либо сами их проводящие ток конструкции надёжно соединяются между собой. Также они соединяются с заземляющим (зануляющим) проводом. Уравнивание потенциалов считается мерой, дополнительной к заземлению. Как и в каких случаях его выполнять, об этом написано в Нормах устройства сетей заземления (10-11-40, 10-12-3 и другие разделы).

Особенности выполнения эффективно заземлённой нейтрали

Согласно ПТЭЭП максимально допустимая величина сопротивления заземляющего устройства для сетей с эффективно заземлённой нейтралью (для электроустановок выше 1000 В и с большим током замыкания на землю — свыше 500 А — каждого объекта) составляет 0,5 Ом с учётом естественного заземления (при сопротивлении искусственного заземляющего устройства — не более 1 Ом). Это вызвано необходимостью пропускания значительных токов при к.з. на землю, высоким и сверхвысоким напряжением сети, требованием ограничения напряжения между землёй и неповреждёнными фазами, а также возможностью появления при авариях высоких напряжений прикосновения, шаговых напряжений и опасных «выносов потенциалов» за территорию подстанции. Необходимость равномерности распределения потенциалов внутри подстанции и исключения появления шаговых напряжений на значительном удалении от подстанции исключается т.н. устройством выравнивания потенциалов, которое является составной частью заземляющего устройства для эффективно заземлённых нейтралей. Особые требования для заземляющих устройств с эффективно заземлёнными нейтралями создаёт значительные трудности для их расчёта и сооружения, делает их материалоёмкими, особенно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (каменистые, скальные, песчаные грунты) и стеснёнными условиями сооружения.

Читайте Найфельда, ПУЭ, а также Нормы устройства сетей заземления. Там всё точнее и подробнее.

В частности, в ПУЭ 7-го издания написано:
• 1.7.101 Каким должно быть сопротивление заземляющего устройства
• 1.7.102 О повторном заземлении воздушных линий>
• 1.7.109 Что может быть использовано в качестве естественных заземлителей.
• 1.7.110 Что нельзя использовать в качестве естественных заземлителей.
• 1.7.113 и 1.7.117 Сечения заземляющих проводников в электроустановках напряжением до 1 кВ
• 1.7.119 и 1.7.120 Главная заземляющая шина
• 1.7.121 — 130 Нормы, регламентирующие заземляющие проводники (PE-проводники)
• 1.7.121 — 131-135 Нормы, регламентирующие PEN-проводники
• 1.7.142. Присоединения заземляющих проводников

Среди прочего, в Нормах устройства сетей заземления написано:
• 1.3.1.1 Основное правило устройства электроустановок
• 1.3.1. Заземление электрооборудования, установленного на опорах ВЛ
• 1.4. Использование естественных заземляющих устройств
• 1.5. Объединение заземляющих устройств
• 1.11. Применение УЗО-Д в качестве дополнительной защиты в электроустановках до 1 кВ
• глава 2 Как выполняется выравнивание потенциалов.
• 2.6.1 Что подлежит заземлению или занулению
• 2.7.1 Что не требуется заземлять или занулять
• глава 5 электроустановки напряжением до 1 кв сети с заземлённой нейтралью (система TN)
• 5.18 — 5.20 Заземление воздушных линий
• 7.1 — 7.6 Что может быть использовано в качестве заземляющих и совмещённых проводников
• 7.7 Необходимость заземления несущих тросов, брони кабелей и металлорукавов
• 8.1 Естественные заземлители
• 8.10 Искусственные заземлители
• 8.25. Соединение частей заземлителя, соединение заземлителей с заземляющими проводниками
• 10.1.2. Заземление трансформаторов тока
• 10.2 Заземление кабелей
• 10.3 Заземление воздушных линий
• 10.4 Заземление электрических машин
• 10.5 Заземление отдельных аппаратов, щитов, шкафов, ящиков с электрооборудованием
• 10.5.4. К одному зануляющему болту (винту) запрещается присоединять более двух кабельных наконечников
• 10.9 Заземление переносных электроприёмников
• 10.10 Электрическое освещение
• 10.10.4 В групповых линиях, питающих светильники общего освещения и штепсельные розетки, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать под общий контактный зажим
• 10.11 Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий
• 10.11.14. В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами.
• 10-11-24 до 10-11-39 УЗО в зданиях
• 10-11-40 система выравнивания потенциалов в зданиях
• 10-12 Помещения, содержащие ванну или душ
• 10-13 Помещения, содержащие нагреватели для саун
• 10-18 Молниезащита

Часто задают вопросы:

Размещение оборудования

Принцип размещения электрооборудования достаточно стандартный, однако следует обратить особое внимание на расположение поста дистанционного контроля трансформатора (ПДК). Обязательно размещение его в зоне работы персонала, для оперативного получения информации о состоянии IT-сети и трансформатора.

При реконструкции больниц часто возникает проблема с установкой разделительных трансформаторов. В принципе, допустимо установить трансформатор в помещении операционной, но при выполнении следующего условия: трансформатор должен представлять собой закрытый электротехнический шкаф со степенью защиты IP 54 с возможностью обработки его санитарными растворами.

На рис. 5 приведен пример типовой и проверенной на практике схемы подключения консолей жизнеобеспечения операционной к разделительному трехфазному трансформатору мощностью 6 кВА (перегрузочная способность до 10 кВА в течении 30 мин.). Указанные номиналы автоматов обеспечивают стабильную работу системы и максимальную мощность нагрузки до 3,5 кВА на розетку.

Почему нулевой провод тоньше фазных?

Нулевой провод делается тоньше фазных, потому что ток, который по нему протекает, меньше тока, протекающего по фазным проводам.

Если нагрузка по фазам в сети распределена (строго) равномерно, токи в ней бегут от фазных проводов к другим фазным проводам. Падение напряжение в сети будет таким, что на нулевой шине окажется потенциал нейтрали и ток в нулевом проводе будет равен нулю. При неравномерности нагрузок в нулевом проводе появляется ток. Он тем больше, чем больше неравномерность.

Зачем нужен нулевой провод?

О том, что нулевой и заземляющий проводники обычно идут от подстанции одним проводом, и зачем нужен заземляющий провод, я писал выше. Теперь о функции нулевого рабочего провода. Он нужен, чтобы не было «перекоса фаз», который я описал выше. Хотя электрики и стремятся добиться равномерности нагрузки (например, подключая равное количество квартир к каждой фазе), неравномерность всё равно имеет место быть. Вы щёлкнули выключателем — и уже изменили соотношение нагрузок. Почему же когда есть нулевой провод, «перекоса фаз» не наблюдается? Во первых, когда к нулевому проводу подключено множество потребителей, неравномерность нагрузки проявляется в гораздо меньшей степени. Когда вы включаете телевизор, чтобы посмотреть футбол, есть вероятность, что и соседи ваши, которые «сидят» на других фазах, тоже включают свои телевизоры. Во вторых, нулевой провод соединён с нейтралью. Нейтраль — это такая точка во вторичной обмотке трансформатора, к которой присоединены одним концом три одинаковых симметричных обмотки. Другим концом они присоединены к фазным проводам. Предположим, нагрузка по фазам распределена равномерно. И вдруг в какой-то фазе она увеличивается.

Будет происходить следущее:

• Сопротивление нагрузки на этой фазе уменьшится.
• Падение напряжения на нагрузке уменьшится, а стало быть
• Напряжение между этой фазой и нулём должно уменьшиться, но
• Возрастёт ток в нагрузке, а стало быть
• Возрастёт ток в соответствующей трети вторичной обмотки
• Магнитное поле вторичной обмотки усилится
• Это магнитное поле направлено так, что оно уменьшает индуктивное сопротивление соответствующего сектора первичной обмотки, и поэтому
• Это индуктивное сопротивление ещё уменьшится
• В первичной обмотке (в соответствующей её трети) возрастёт ток, а стало быть
• Усилится её магнитное поле
• Это магнитное поле будет создавать большее напряжение в соответствующем секторе вторичной обмотки, и поэтому
• Напряжение между данным фазным проводом (фазой) и нейтралью (нулём) останется стабильным

Так достигается равномерность фазных напряжений.

Почему отгорает нулевой провод?

Потому что ток через него идёт. Отгорает он обычно в местах некачественно сделанных соединений. Если сопротивление соединения велико, на нём начинает выделяться тепло. От тепла соединение окисляется, сопротивление его ещё больше увеличивается, оно греется ещё сильнее. Если процесс пошёл, рано или поздно провод отгорит. Запомните нехитрую премудрость: чем больше площадь контакта, тем соединение надёжнее. И если скрутка длиной 1 см. отгорит через месяц, 2 см. — через год, то длиной 5 см. и длиннее будет служить (может быть) вечно. Сделайте скрутку подлиннее, вам чё, провода, чтоли, жалко?
Для надёжности можно ещё накрутить на скрутку кусочек неизолированного провода. Ещё лучше пропаять или сварить скрутку.
Сейчас в ходу специальные колпачки, накручиваемые на соединения — «СИЗы». Сами по себе они только увеличивают надёжность соединения, но в то, что достаточно накрутить СИЗ, и надёжность обеспечена, я не верю.
Тщательно зачищайте соединяемые поверхности (напильником, ножом), но не наждачной бумагой (её зёрна могут ухудшить качество соединения). Когда делаете петлю провода под болтовое (винтовое) соединение, шваркните её несколько раз напильником (надфилем), чтобы площадь контакта больше была. Затяните винт или болт до упора, через них ток пойдёт. Позаботьтесь, чтоб соединение не ослабло со временем. Используйте хорошую, не ржавую и не окисленную шайбу, а также шайбу Гровера. Не соединяйте непосредственно медные и алюминиевые провода, используйте для этого (стальные) зажимы. Наверх

Об ошибках сообщайте по электронной почте

На домашнюю страницу