Различные схемы заземления характеризуют метод заземления системы за вторичной обмоткой понижающего трансформатора и средства, используемые для заземления открытых проводящих частей низковольтной системы, питаемой от такого трансформатора.
2.2 Определение стандартизованных систем заземления
Выбор методов заземления определяет меры, которые необходимо предусматривать для защиты от непрямого контакта с частями под напряжением.
Система заземления ограничивает выбор проектировщика распределительной системы или установки тремя исходными независимыми вариантами:
Тип соединения электросистемы (обычно нейтрали) и открытых частей с заземляющими электродами
Отдельный защитный проводник или защитная нейтраль
Применение релейной защиты (РЗ) от замыканий на землю, обеспечиваемую защитным распределительным устройством, которое отключает только относительно высокие токи повреждения, или использование дополнительного реле, способного обнаруживать и отключать низкие токи повреждения изоляции на землю
На практике такие варианты сгруппированы и стандартизированы, как описывается ниже. Каждый из таких вариантов обеспечивает стандартизованную систему заземления с тремя преимуществами и недостатками:
Соединение открытых проводящих частей оборудования и нейтрального проводника с защитным заземляющим проводником не обеспечивает эквипотенциальность и пониженные перенапряжения, но повышает токи замыкания на землю.
Отдельный защитный проводник - дорогостоящее решение, даже при малых его сечениях, но по сравнению с нейтральным проводником, протекание по нему гармоник тока и токов нулевой последовательности, а также возникновение связанных с этим падений напряжения в этом проводнике маловероятно. Кроме того, такое решение предотвращает токи утечки во внешних проводящих частях.
Установка реле защиты от замыканий на землю устройств контроля изоляции обеспечивает намного большую чувствительность и во многих случаях позволяет отключать КЗ до возникновения тяжелых последствий (повреждение двигателей, пожар, поражение электрическим током). Кроме того, предлагаемая защита не зависит от изменений существующей системы.
Система ТТ (заземленная нейтраль) (см. Рис. Е24)
Одна точка на источнике питания подсоединена непосредственно к земле. Все открытые и внешние проводящие части подсоединены к отдельному заземляющему электроду системы (установки). Этот электрод может быть или не быть электрически независимым от электрода источника. Две зоны влияния могут перекрываться без оказания отрицательного влияния на работу устройств защиты.
Системы TN (открытые проводящие части, подсоединены к нейтрали)
Источник заземляется так же как в системе ТТ (см. выше). Все открытые и внешние проводящие
части в системе подсоединены к нейтрали. Несколько вариантов схемы TN показано ниже.
Система TN-C (см. Рис. Е25)
Нейтраль используется в качестве защитного проводника, и упоминается как PEN (Protective Earth and Neutral - защитная земля и нейтраль). Эта система не допускается для проводников сечением менее 10 мм2 и переносного оборудования.
Система TN-C требует эффективной эквипотенциальной среды в пределах установки с максимально возможным равномерным размещением заземляющих электродов, поскольку PEN проводник является и нейтральным проводником, и проводит токи несимметрии фаз, а также токи третьей гармоники и токи гармоник кратных трем.
Поэтому PEN проводник должен подсоединяться к ряду заземляющих электродов системы. Поскольку нейтральный проводник является также защитным проводником, любой обрыв проводника представляет опасность для жизни и оборудования. По этой причине электроснабжающие организации требуют установки устройств защитного отключения (УЗО) в точках подключения частных абонентов.
Если такие устройства не устанавливаются, требуется низкое сопротивление заземления (не более 2 Ом) для ограничения напряжения прикосновения до 50В на случай повреждения.
Система TN-S (см. Рис. Е26)
Система TN-S (5 проводов) обязательна для цепей с проводниками сечением менее 10 мм2 для переносного оборудования.
Защитный проводник и нейтральный проводник разделены. В подземных кабельных системах, в которых используются кабели в свинцовой оболочке, защитным проводником служит, как правило, свинцовая оболочка. Применение отдельных PE и N проводников (5 проводов) обязательно для цепей с проводниками сечением менее 10 мм2 для переносного оборудования.
Система TN-C-S (см. Рис. Е27 и Рис. Е28)
Рис. Е2•: Система TT
Рис. Е2і: Система TN-C
Рис. Е2і: Система TN-S
Рис. Е2:: Система TN-C-S
Предупреждение: В схеме TN-C функция защитного проводника более значима, чем функция нейтрали. В частности, PEN проводник должен подсоединяться к заземлительному зажиму нагрузки с использованием перемычки для подсоединения такого зажима к нейтральному выводу. Системы TN-C и TN-S могут использоваться одновременно в одной и той же установке. В такой комбинированной системе TN-C-S Система TN-C (4 провода) не должна использоваться за схемой TN-S (5 проводов), поскольку любой случайный обрыв нейтрали в вышележащей части приведет к обрыву защитного проводника в нижележащей части и, следовательно, к возникновению опасности.
Рис. Е2і: Соединение PEN проводника в системе TN-C
Система IT (изолированная или заземленная через сопротивление нейтраль)
Система IT (изолированная нейтраль)
Не допускается намеренное соединение нейтральной точки источника питания и земли (Рис. Е29). Открытые и внешние проводящие части системы подсоединяются к заземляющему электроду. На практике все цепи имеют сопротивление току утечки на землю, поскольку не существует идеальной изоляции. Одновременно с таким (распределенным) контуром утечки с активным сопротивлением существует распределенный контур емкостного тока. Эти контуры составляют вместе нормальное сопротивление току утечки на землю (см. Рис. Е30).
Пример (см. Рис. Е31)
В низковольтной (LV) 3-фазной 3-проводной системе 1 км кабеля будет иметь сопротивление току утечки (из-за C1, C2, C3 и R1, R2 и R3), эквивалентное полному сопротивлению заземления нейтрали (Zct) 3000-4000 Ом без учета фильтровых емкостей электронных устройств.
Система IT (заземленная через сопротивление нейтраль)
Рис. Е2і: Система IT (изолированная нейтраль)
Рис. Е3{: Система IT (изолированная нейтраль)
Рис. Е31: Полное сопротивление, эквивалентное сопротивлениям утечки в системе IT
Полное сопротивление (Zs) (порядка 1000-2000 Ом) включается на постоянной основе между нейтральной точкой низковольтной обмотки трансформатора и землей (см. Рис. Е32). Все открытые и внешние проводящие части подсоединяются к заземляющим электродам. Причины применения такой схемы заземления источника питания заключаются в необходимости фиксации потенциала небольшой сети относительно земли (Zs мало в сравнении с полным сопротивлением току утечки) и снижении уровня перенапряжений, таких как импульсы напряжения от высоковольтных (HV) обмоток, статических разрядов и т.д., относительно земли. Однако, это имеет побочный эффект в виде небольшого повышения уровня тока первого КЗ.
Рис. Е3;: Система IT (заземленная через сопротивление нейтраль)
