Изолированная нейтраль что это такое

Что такое изолированная нейтраль

Электрическая сеть – совокупность электроустановок, обеспечивающих передачу тока. Работа сети во многом определяется режимом работы нейтралей генераторов или трансформаторов. Используется изолированная нейтраль либо замыкающая.

Понятие изолированной нейтрали

Чаще всего потребитель сталкивается с заземляющей нейтралью. Она присоединяется к заземляющему контуру непосредственно или через аппарат с малым электрическим сопротивлением. Изолированная нейтраль – это нейтраль, которая не присоединена к заземлению либо же подключается через устройство с большим диэлектрическим сопротивлением.

Во время работы сети постоянно возникают утечки тока. Они становятся причиной 2 типов замыканий: на землю и на корпус. Первый вариант – это случайное соединение частей приборов, находящихся под напряжением, с частями, не изолированными от земли. Второй – контакт частей энергоустановки, находящихся под напряжением, с частями, не находящимися под напряжением в нормальном режиме.

• Если ток замыкания прибора на землю и корпус не превышает 500 А, он называется установкой с малыми токами замыкания на землю. С такими токами и работают линии с напряжением до 1 кВт и выше с изолированной нейтралью трансформатора или генератора. Чаще всего это 3-фазные системы с линейным напряжением в 220,380 и 660 В.
• Если ток замыкания на корпус или землю больше 500 А, это установка с большими токами замыкания. Такое оборудование работает с глухозаземленной нейтралью при напряжении 110 кВ и выше.

Режим работы нуля определяет уровень изоляции, величину напряжения и тока, условия включения и выключения защитного реле, выбор обслуживающей аппаратуры и прочее.

По уровню безопасности все установки разделяются на сети до 1000 В включительно и свыше 1000 В.

Сети до 1 кВ

Провод сети с изолированной нейтралью можно рассматривать как протяженный конденсатор. На воздушных контурах обкладками конденсатора выступают проводник и земля, а диэлектриком становится воздух. При укладке в землю обкладками являются жила и металлическая оболочка, а диэлектриком – изоляция. По отношению к земле провод обладает некоторым сопротивлением и некоторой электрической емкостью. Это означает, что при штатном режиме работы через землю и сопротивление изоляционной оболочки протекает ток утечки, а через конденсаторы – емкостные токи.

В исправной сети геометрическая сумма токов равна нулю. Сами токи невелики и на работу электроустановок влияния не оказывают.

• Если возникает замыкание одной из фаз на землю, последняя превращается в «поврежденную фазу», а между работающими фазами возникает линейное напряжение. Под его влиянием через места замыкания и землю протекают токи утечки и емкостные токи рабочих фаз. Величина тока замыкания увеличивается в 3 раза.
• Если замыкание не металлическое, в этом месте появляется перемежающаяся дуга. Она гаснет и загорается при силе от 5 до 10 А и часто приводит к глубокому пробою изоляции. А так как неметаллическое замыкание – это чаще всего контакт человека с корпусом прибора или проводом, это явление представляет еще большую опасность.

В сетях с изолированной нейтралью для уменьшения токов замыкания нейтрали заземляют через дугогасящие катушки. Но такой вариант неприменим в электроустановках, где требования к безопасности повышенные – в угольных шахтах, на торфоразработках.

Допускается работа электросетей с однофазным замыканием в течение не более 2 часов. Затем необходимо отключить источник питания и найти повреждение.

Сфера применения

Сеть с изолированной нейтралью применяется на участках, где требуется поддерживать высокую безопасность, но не останавливать работу при однофазном замыкании:

• шахты, рудники, карьеры;
• морские суда, газо- и нефтедобывающие платформы, где заземление невозможно;
• метро;
• цепи управления и освещения подъемных механизмов, например, кранов;
• дизельные, газовые, бензиновые генераторы, в том числе и бытовые.

Изолированную нейтраль допускается использовать, когда вторичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольника. Такое же решение используется при невозможности отключить электричество при аварии.

Изолированная нейтраль. Устройство и работа. Применение

Понятие «изолированная нейтраль» неразрывно связано со способами передачи энергии, а также с защитой потребителя в трехфазных электрических сетях переменного тока. Для решения этих задач применяются линейные системы из 4-х проводов с равномерно распределенной нагрузкой по каждой из фаз. Достичь этого удается за счет введения в электрическую цепь нулевой жилы, называемой нейтралью.

Ее наличие, помимо создания обратной цепочки для рабочего тока, позволяет устанавливать в линии приборы релейной защиты, а также организовать повторное заземление на стороне потребителя. Для этого на обслуживаемом объекте обустраивается защитный контур, соединяемый отдельной шиной с нейтральным проводом трехфазной цепи.

Что такое изолированная нейтраль и в каких случаях она применяется

Изолированная нейтраль – это нулевая точка трехфазной сети, не заземленная на стороне источника электроэнергии (генератора переменного тока или трансформатора на подстанции). Сюда же относятся случаи, когда она соединяется с землей через вспомогательные приборы с большим внутренним сопротивлением (защитные, измерительные устройства или средства сигнализации).

Подобное решение нередко применяется в российских энергосистемах, где нейтраль вообще не предусмотрена. Такая возможность объясняется тем, что в высоковольтных линиях электропередач 6-10 кВ в качестве схемы распределения фаз применяется «треугольник«.

При изолированной нейтрали важно предусмотреть обязательное заземление оборудования на приемной стороне, защитив таким способом пользователя от удара током.

В отечественных силовых сетях изолированная нейтраль применяется в следующих системах передачи электроэнергии:

• 3-фазные сети с действующим напряжением до 1 кВ (система заземления IT).
• Их аналоги с напряжениями от 6 до 35 кВ (использование разрешено при допустимых значениях токов замыкания).
• Низковольтные цепи, оснащенные защитными и измерительными устройствами в различных исполнениях (разделительными трансформаторами, в частности).

Изолированная нейтраль в сетях с напряжениями до 1000 В и низковольтные цепи

При эксплуатации электрических сетей, рассчитанных на напряжения 380 или 660 В, особое внимание уделяется безопасности обслуживающего персонала и исключению случайного искрообразования.

К объектам, на которых используются такие сети, относят:

• Угольные шахты.
• Рудники и торфяные разработки.
• Мобильные (передвижные) станции.
• Особо опасные помещения, в которых хранятся легко воспламеняющиеся и взрывчатые вещества.

Особенность этих систем состоит в том, что при напряжениях до 1 кВ в сетях небольшой протяженности емкостная проводимость относительно земли очень мала. По этой причине при случайном касании человеком одной из фаз ток, проходящий через его тело, сравнительно невелик и практически безопасен. Это объясняется тем, что замкнутой цепи для его протекания не образуется.

Именно поэтому использование изолированной нейтрали в электроустановках перечисленных объектов считается не только целесообразным, но и соответствующим требованиям ТБ. Низковольтные цепи с защитными устройствами различного типа относятся к этой же категории трехфазных силовых сетей.

Сети с напряжением более 1 кВ

К электрическим сетям этого класса, отличающимся небольшими по величине токами замыкания, относятся силовые трехфазные линии напряжением до 35 кВ. В этом случае емкостной составляющей токов утечки пренебречь уже не удается. В штатном режиме токовые показатели в каждой из фаз определяются векторной суммой импедансов, образующихся из-за емкостных утечек в землю. Поскольку геометрическая сумма рабочих токов в каждой из фаз равна нулю – утечки в землю в этом случае практически отсутствуют.

В аварийных ситуациях (при замыкании на грунт) потенциал поврежденной фазы падает до нуля, а напряжения на двух других – возрастают до линейных величин (380 В). Емкостные токи в оставшихся неповрежденными линиях также увеличиваются в √3 раз. Это объясняется тем, что к образующим емкость линиям прикладываются не фазные, а линейные напряжения. В итоге емкостный ток замыкания на землю оказывается в 3 раза большим, чем тот же показатель в штатном режиме.

В нормальных условиях рабочие значения указанных величин относительно невелики. К примеру, для (высоковольтных линий) ВЛ 10 кВ протяженностью порядка 10 км емкостный ток составляет всего 0,3 А, а для кабельной линии с теми же параметрами от равен 1,0 А.

Популярность ВЛ напряжением 3-35 кВ, в состав которых входит изолированная нейтраль, связана не только с их безопасностью (при нарушении правил эксплуатации они все равно опасны для пользователя). Их привлекательность объясняется способностью обеспечить нормальные условия работы оборудования при линейном напряжении.

Требования к изоляции ВЛ

При замыкании фазы высоковольтных систем на землю возможно возникновение перемежающейся дуги, сопровождающейся опасными перенапряжениями и резонансными явлениями. При величине этих перенапряжений, достигающих (2,5-3,9) Uф в случае поврежденной или изношенной изоляции возможен ее пробой и короткое замыкание в линии. Именно поэтому провода в ВЛ подбираются с учетом качества линейной изоляции, определяемой кратностью резонансных явлений.

Возникновение перемежающейся дуги возможно при величинах емкостных токов замыкания на землю порядка 10, 15, 20 или 30 А для различных условий эксплуатации. Два нижних токовый предела относится к сетям с рабочими напряжениями 35 и 20 кВ. При напряжениях 6 и 10 кВ они составляют соответственно 20 и 30 А и более.

Для исключения проявлений опасного для оборудования и человека эффекта в нейтрали трехфазных сетей устанавливается компенсирующий реактор в виде дугогасящего индуктивного элемента. Его основной показатель (индуктивность) подбирается из того расчета, чтобы по возможности полностью компенсировать емкостный ток в месте замыкания. Вместе с тем он должен быть достаточным для того, чтобы во время аварии срабатывали исполнительные цепи релейной зашиты.

Преимущества и недостатки электрических сетей с изолированной нейтралью

К преимуществам, относят:

• Замыкание фазы на землю при изолированной нейтрали не означает КЗ, поскольку прямое электрическое соединение между ними отсутствует.
• Токи однофазного замыкания (ОЗЗ) незначительны по величине.
• Допустимость работы системы в режиме ОЗЗ некоторое время, достаточное для отыскания неисправности и ее устранения.
• Емкостной характер токов замыкания, объясняемый особым типом связи, существующей между кабельными/воздушными линиями с электрооборудованием и землей.

Плюсом этого способа организации 4-х проводной линии также считается отсутствие активной токовой составляющей. Последнее объясняется тем, что резистивной связи между землей и нейтралью в этом случае не существует.

Изолированная нейтраль в составе трехфазных цепей передачи электроэнергии применяется крайне редко, поскольку у нее имеется ряд серьезных недостатков. К ним относятся:

• Сложность выявления и устранения неисправностей.
• Необходимость надежной изоляции линейных проводников.
• Опасность поражения высоким напряжением при длительном замыкании на землю.
• Невозможность обеспечить нормальную работу релейной защиты при 1-фазных замыканиях.
• Возможность повреждения изоляции из-за воздействия на нее дуговых перенапряжений. Случайные разрушения могут обнаружиться на любых участках ВЛ или кабельной укладки из-за пробоя изоляции в проблемных местах.

Все перечисленное позволяет заключить, что недостатки этих систем при напряжениях выше 1 кВ превышают их достоинства. Однако в определенных условиях этот режим достаточно эффективен и не нарушает требований, предъявляемых к электросетям нормативными документами (ПУЭ, в частности).

Области применения

Как правило, изолированная нейтраль используется на участках линий, к которым предъявляются повышенные требования в части безопасности эксплуатации. Кроме того, она востребована на объектах, где нет возможности обустроить полноценное заземление. К таким местам относятся:

• Морские суда, а также нефте- и газодобывающие платформы.
• Шахты и подобные им объекты, связанные с добычей полезных ископаемых при рабочих напряжениях 380-660 В.
• Подземные службы гражданского назначения (метро, в частности).
• Цепи управления рельсовыми подъемными кранами.
• Осветительные сети.

В открытом море и на платформах использование корпуса в качестве заземления невозможно, поскольку он имеет специальную анодную защиту. К тому же в зоне стекания тока в жидкую среду защитный слой со временем разрушается.

Изолированная нейтраль также применяется в бытовых генераторах, работающих на различных видах горючего топлива (бензине, газе или солярке).

Этот способ организации питающих линий широко распространен в виде понижающих/разделительных трансформаторов, необходимых для безопасной эксплуатации переносных светильников. Последние предназначаются для работы в особо опасных условиях и в замкнутых пространствах, к которым относятся траншеи, цистерны и помещения с повышенным уровнем влажности.

Прекратить преступную войну против Украины!

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».

Что такое сеть с заземлённой нейтралью и сеть с изолированной нейтралью

1. заземляющим
2. нулевым рабочим

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.

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.

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.

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.

Требуются добровольцы

для испытания приёмов
эффективного самообразования

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. Читайте также нормы устройства сетей заземления (5.18 — 5.20, 10.3)

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.

Значения некоторых терминов

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.

Электроустановки с каким напряжением следует заземлять?

Сошлюсь на стандарт МЭК 364-4-41-1992 (я не уверен, что он не устарел). Я его изобразил графически.

Какого цвета обычно бывает изоляция заземляющего провода?

Желто-зелёные полосы. (ПУЭ 1.7.154)

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).

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

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.

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.

Определение изолированной нейтрали и терминология

Термин «изолированной центральной нейтрали» описан в ПУЭ, главе 1,7, пункт 1,7,6, а также в ГОСТ 2009-009, 12,1. В этих законодательных источниках четко прописана формулировка, что изолированная нейтраль – это центральная нейтраль генератора или трансформатора электросети, которая не присоединяется к устройству заземления или присоединяется, но через приборы безопасности или аварийной сигнализации.

Также центральной изолированный нейтралью может выступать определенная точка, которая является центром соединения жил по схеме «звезды».

Некоторые, даже профессиональные, специалисты по электрике убеждены, что изолированная нейтраль – это система заземления IТ, которая описана в ПУЭ 1,7,3.

Однако это ложная информация и глубокое заблуждение, поскольку в том же пункте ПУЭ сказано, что данная система используется исключительно для электросетей до одного кВ.

Кроме того, в пункте 1,7,2 сообщается, что в зависимости от безопасности изолированные установки разделяются на четыре категории от изолированных до глухо заземленных, а также до одного кВ и выше.

Исходя из вышеописанных пунктов изолированной ПУЭ следует вывод: изолированная центральная нейтраль и система глухого заземления – это абсолютно разные устройства с разными типами применения.

Применение изолированной нейтрали в сети до 1000 В

Благодаря использования изолированной нейтрали в трансформаторе, нивелируется любая возможная вероятность перепада напряжения между жилами «нуля» и «фазами».

Потому даже случайный контакт с проводом под напряжением электрического тока – безопасно.

Чтобы объяснить данный процесс технологическим языком, вы можете ознакомиться с точной формулой ниже, которая демонстрирует равность электрического тока при контакте с человеком.

Как видно, электрический ток сразу же возвращается к изолированному источнику питания, а не стремится в землю через проводника, в данном случае – человека.

Кроме того, поскольку сопротивление тока равно около ста кОм на одну фазную жилу, то соответственно сила напряжения тока будет равна не более нескольких единиц милиампер, что абсолютно безопасно.

Помимо вышеописанных защитных преимуществ изолированной нейтрали, стоит упомянуть о минимизации любых рисков утечки тока на металлический корпус трансформатора или генератора.

Хотя в данном устройстве не сработает изолированное защитное реле или автоматический выключатель, обязательно сработает контроль-система изоляторного сопротивления, которая исключит возможность небезопасной ситуации.

Как итог такой налаженной работы изолированной электроустановки, электросеть с тремя фазами продолжит работоспособность даже в случае короткого замыкания одной жилы «фаз».

В таком случае напряжение электрического потока в активных двух фазах равномерно возрастет и при случайном контакте с одной из них, пользователь попадет под линейное напряжение тока.

Как видно, из-за особенной контракции устройства в электросети существует лишь один тип напряжения тока, в отличие от системы изолированного глухого заземления.

Если пользователь хочет подключить систему к электросети с нагрузкой на одну активную фазу, рекомендуется всегда использовать понижающие электроустановки, по типу генератора 380 на 220.

Применение изолированной нейтрали

Изолированная центральная нейтраль активно применяется для городских трансформаторов для электроснабжения жилых микрорайонов, домом и бытовых помещений еще с середины прошлого века.

Кроме того, системы заземления крайне необходимы для электроснабжения зданий из деревянных материалов, поскольку они в зоне повышенного риска аварийных и пожарных ситуаций.

Специалисты сообщают, что чаще всего для многоквартирных домов применяется система глухого заземления, поскольку при случайном контакте пользователя с проводом под напряжением или поверхностью с током утечки, вся электросеть продолжить функционировать, изолировав лишь одну фазу, и все остальные жители дома не пострадают от полного отключения электричества общей электросети.

Как видно, в случае с системой заземления обязательно активизируется ДИП-защита, а при возникновении опасной ситуации для безопасности пользователей – сработает автомат.

Однако еще в конце прошлого века от данной изолированной системы специалисты отказались и начали использовать обновленные электроустановки.

На данный момент изолированная центральная нейтраль широко распространена в каждой электросети, которая требует повышенной системы безопасности. Например, там где исключена любая возможность правильного заземления по разным причинам.

К ним могут относиться следующие изолированные электросети:

1. На платформах, кораблях, судах и всех объектах, которые располагаются в море или других водах, чей корпус не позволяет заземлить сеть.
2. В местах работы под землей: скважины или шахты.
3. В подземном транспорте.
4. На габаритных установочных грузоподъемных кранах и других машинах.
5. В генераторах бензина или дизеля для бытового, не промышленного использования.
   Также, согласно ПТЭЭП, пункт 2,12,6, изолированная нейтраль может выступать в роли потребляющего устройства соединительного контакта сети для питания электроприборов до двенадцати ватт.

Преимущества и недостатки изолированной нейтрали

Ниже мы опишем плюсы и минусы использования центральной изолированной нейтрали в сетях до 1000 В.

Плюсы изолированной нейтрали:

1. Высокий уровень безопасности для пользователя.
2. Продолжительность надежной работы без неисправных ситуаций.
3. Экономия потребления электроэнергии.
4. Сохранение работоспособности даже при коротком замыкании одной из трех фаз.

Минусы изолированной нейтрали:

1. При коротком замыкании одной из фаз, повышается напряжение в действующих, что снижает безопасность использования.
2. Низкий ток при замыкании.
3. Отсутствие признаков при первом замыкании фазы.

Применения изолированной нейтрали для сетей более 1000 В

Для безопасности пользования и снижения расходных материалов в электросетях более 1000 В чаще всего применяются изоляционные системы глухого заземления.

Однако стоит отметить, что в некоторых трансформаторах жилы соединены по схеме «трех углов», а не «звезды» и центральная нейтраль не предусмотрена изначально.

Для высоковольтных проводных систем изолированное глухое заземление крайне необходимо для стабильной работы электросети, поскольку благодаря ему напряжение тока при коротком замыкании фазы – минимальное, а также при отключении одной фазы, остальные две продолжат работу.

Кроме того, даже единичный контакт с не изолированным высоковольтным проводом – смертельно опасен для жизни человека, потому нельзя пренебрегать системой для обеспечения безопасности.

Помимо вышеописанных факторов необходимости использования изоляции, существует еще один, связанный с повреждением одной из фаз.

Как известно, при коротком замыкании заземленной фазы через другу в трансформаторе высоковольтных проводов, возникает значительная перегрузка, которая приводит к разрушению изоляции и межфазному короткому замыканию.

Чтобы исключить малейшую вероятность заземленной дуги и вытекающих аварийных последствий изолированная центральная нейтраль обязательно соединяется с «землей» через специальный реактор гасящий дугу.

Его необходимо подобрать и установить согласно всем характеристикам определенной сети, чтобы он обеспечивал максимальную защиту и безопасность.

Реактор, описанный выше, для гашения дуги способствует следующим процессам:

1. Снижает ток короткого замыкания.
2. Разрушает дугу, путем воздействия на ее неустойчивые физические характеристики.
3. Снижает риск повторной аварийной ситуации дуги, путем замедления роста тока после гашения.
4. Снижает напряжения обратного тока.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы использования изолированной нейтрали в сети более 1000 В.

1. Сохранение работоспособности, при отключении одной из фаз.
2. Низкий уровень тока короткого замыкания.

1. Сложный автоматический поиск аварии сети.
2. Установка дополнительных систем изоляции.
3. При длительном замыкании, повышается риск поражения током пользователя сети, опасным для жизни.
4. Во время короткого замыкания одной из фаз не осуществляется полноценная защита от реле.
5. В процессе накопления неисправностей, сокращается продолжительность роботы изоляции.
6. Аварийные ситуации могут возникнуть одновременно в нескольких местах электросети.

Надеемся, что данная информация будет полезной. Если у вас имеются полезные заметки из личного опыта, обязательно делитесь ими в комментариях ниже.